Scheurvorming_ bepaling van de wapeningsgeometrie

In 'Bepaling van de dikte van de verharding' zijn enkele aspecten genoemd, die in de VENCON 2.0 berekening aan de orde komen. De uit de vermoeiingsberekening volgende betondikte en wapeningsgeometrie zijn invoer voor een scheurwijdte-controle. De hierbij te hanteren formules zijn te vinden in het achtergrondrapport bij VENCON 2.0 [7].

Bij het bepalen van het wapeningspercentage heeft de betonsterkte een grote invloed. In de bepaling is een grote mate van veiligheid verwerkt. Daardoor is een begrenzing van de betonsterkteklasse in de praktijk niet nodig. Een constante betondikte is van belang, omdat het wapeningspercentage hierop gebaseerd is. Afwijkingen in de betondikte vragen om aanpassing van de hoeveelheid wapening. In de praktijk is zo’n aanpassing echter niet mogelijk.

Rijkswaterstaat hanteert vaste wapeningspercentages, die afhangen van de sterkteklasse. Hierbij wordt uitgegaan van wapeningstaven met een kenmiddellijn van ø 16 mm of ø 20 mm. De provincie Noord-Brabant hanteert standaard een langswapening van ø 20-180 bij plaatdikten van 250 mm in de sterkteklasse C35/45. VENCON 2.0 biedt mogelijkheden om de scheurbeheersing in doorgaand gewapend betonverhardingen te optimaliseren. De scheurwijdte kan worden verkleind door onder meer:

• de wapening hoger in de doorsnede aan te brengen;
• toepassing van een kleinere kenmiddellijn.

Figuur 5 Effect hogere ligging wapening en effect diameter langswapening [18]

Door het verhinderen van de opgelegde vervormingen, zal scheurvorming altijd aan de bovenzijde van de plaat beginnen. Wanneer de langswapening hoger in de doorsnede wordt geplaatst, kan deze beter de krimp en verkorting (door afkoeling) opnemen. In figuur 5 is voor betonsterkteklasse C35/45 het effect van het wapeningspercentage op de scheurwijdte voor verschillende hoogteliggingen weergegeven. De resultaten gelden voor kenmiddellijn Ø16 (linker deel) en een plaatdikte van 250 mm. Bij een centrisch aangebrachte wapening (excentriciteit = 0 mm) kan theoretisch met 0,62 % wapening worden volstaan. Hiermee wordt voldaan aan de eisen met betrekking tot het minimumwapeningspercentage en de maximale scheurwijdte (= 0,40 mm). Bij staven met kenmiddellijn van Ø 20 bedraagt het theoretisch wapeningspercentage 0,66%.

Door de wapening hoger dan in het midden aan te brengen, kan de scheurwijdte of de hoeveelheid wapening worden geoptimaliseerd. Enerzijds kan minder wapening worden toegepast, waarbij de scheurwijdte gelijk blijft. Anderzijds kan bij een gelijkblijvende hoeveelheid wapening, de scheurwijdte afnemen. Gelet op de praktijk heeft een afname van de scheurwijdte de voorkeur en wordt het wapeningspercentage niet aangepast. Met VENCON 2.0 kan met een maximale excentriciteit van 25 mm worden gerekend. Dit sluit aan op de gangbare uitvoeringspraktijk.

Kleinere kenmiddellijn
In figuur 5 is ook de standaard toegepaste diameter van 20 mm ontwerptechnisch vergeleken met een kleinere kenmiddellijn van 16 mm. Bij een plaatdikte van 250 mm en een langswapening Ø20 – 180 (wapeningspercentage 0,70) bedraagt de optredende scheurwijdte 0,34 mm. Bij een langswapening Ø16 – 125 (wapeningspercentage 0,64) bedraagt de optredende scheurwijdte 0,35 mm. Met andere woorden, door toepassing van staven Ø16, kan over de doorsnede 0,06% wapening worden bespaard. Daarnaast is de verankeringslengte bij staven Ø16 kleiner dan bij Ø20. De wapeningstaven zijn in een handelsmaat van 14 meter te verkrijgen. Opgemerkt wordt dat in [3] staven met een kenmiddellijn van 16 en 20 mm zijn toegestaan. De provincie Noord-Brabant past standaard staven met een kenmiddellijn van 20 mm toe. Bij deze wapening is de doorval van de aardvochtige, stugge betonspecie wel gemakkelijker dan bij staven Ø16.

De praktijk
In tabel 4 zijn de gangbare langswapeningen, zoals toegepast door Rijkswaterstaat [3] en de provincie Noord-Brabant [19] doorgerekend met VENCON 2.0. De kenmerken van de langs- en supportwapening bij een betondikte van 250 mm zijn als volgt:

Wanneer men de wapening nog hoger in de doorsnede wil plaatsen dan is aangegeven in tabel 4, moet men er rekening mee houden dat men dan buiten het geldigheidsgebied van het trekstaafmodel treedt. Het trekstaafmodel gaat uit van een ‘dikke dekking’. Hierbij is een scheurwijdte van 0,40 mm toegestaan. Met de betondekking van 80 mm blijft de dekking binnen het geldigheidsgebied van het trekstaafmodel. Wanneer de wapening nog hoger in de doorsnede wordt geplaatst, is verdere validatie van het trekstaafmodel bij geringe dekking noodzakelijk.

Het in geringe mate hoger in de doorsnede plaatsen van de wapening houdt in, dat de scheurwijdte afneemt tot circa 0,20 mm. Dit betekent dat met een geringe excentriciteit van de wapening een behoorlijk effect ressorteert. Bij toepassing van een deklaag van zoab is dit gunstig. Door een minder wijde scheur kunnen eventuele reflectiescheuren in het zoab vanuit het beton worden voorkomen. De kleinere scheurwijdte is voor Rijkswaterstaat en de provincie Noord-Brabant overigens geen argument om minder wapening toe te passen. De scheurwijdte is immers geen ontwerpcriterium, maar een (scheurwijdte)toets op duurzaamheid.

Opgemerkt wordt dat in de ontwerpstandaarden van Rijkswaterstaat en de provincie Noord-Brabant wordt uitgegaan van een zekere overlaplengte in de wapening. Metingen op de A5 hebben aangetoond dat het scheurpatroon van geprogrammeerd overlappende staven gelijk is aan dat van geprogrammeerd in stuit liggende wapeningsstaven [11]. Wanneer de staven in ‘stuitligging’ koud tegen elkaar aan worden gelegd, kan circa 3% wapening worden bespaard.