28 VAKBLAD I 4 2015 auteur ir. Maarten Swinkels SGS Intron Bepalen betondruksterkte bestaande betonconstructies Sterk in het werkSterk in het werkSterk in het werkSterk in het werkSterk in het werkSterk in het werk De sterkteklasse van het beton die in het ontwerp wordt vastgesteld, zegt niet alles over de daadwerkelijke druksterkte. Toch kan het van groot belang zijn de echte sterkte te kennen. Bijvoorbeeld als een bestaande betonconstructie wordt herberekend om de veiligheid aan te tonen of de constructie aan te passen, als het beton is aangetast, als wordt getwijfeld aan de kwaliteit van het geleverde beton of als er snel moet worden ontkist. Er zijn verschillende methoden om die betondruksterkte te bepalen, zowel destructief als niet-destructief. E zijn zeer uiteenlopende redenen om te willen weten wat de druk- sterkte van bestaande betonconstruc- ties is. Bijvoorbeeld bij de herbereke- ning van een oud gebouw (foto 1). Hierbij wordt veelal gerekend met de druksterkte waarvan in het oorspronke- 1 Betoncasco van het hoofdkantoor van ASR met nieuwe vide (uitvoeringsfase) foto: Ballast Nedam lijke ontwerp is uitgegaan of met de destijds gebruikelijke sterkte. Dit is een pragmatische oplossing en is prima werkbaar wanneer de uitkomst positief is. Het is echter bekend dat de betons- terkte in de loop der tijd toeneemt en de betondruksterkte van een oudere constructie aanmerkelijk hoger is dan ontwerpsterkte van jaren geleden. Meer informatie over de sterkte van het beton kan dus goed van pas komen bij de herberekening. Een andere aanlei- ding om de druksterkte te meten, is in geval er signalen zijn dat het geleverde beton niet aan de specificaties voldoet of dat de uitvoering onvoldoende is geweest. Soms komt het voor dat bekend is dat een verkeerde betons- terkteklasse is geleverd, bijvoorbeeld een C25/30 in plaats van een C35/45. Indien er van een strenge milieuklasse is uitgegaan, bijvoorbeeld XD3, is het bekend dat dit in praktijk ondanks de bestelde kwaliteit C25/35 vaak toch een C35/45 oplevert. Dit moet echter wel door druksterkteproeven worden aangetoond. Destructief of niet­destructief Voor het bepalen van de druksterkte in het werk kan onderscheid worden gemaakt tussen destructieve, niet- p28_Artikel 5.indd 28 04-12-15 13:55 29 VAKBLAD I 4 2015 destructieve en semi-destructieve methoden. Om voor de hand liggende redenen hebben opdrachtgevers een voor- keur voor de niet- of semi-destructieve methoden. Maar helaas zijn die onvol- doende betrouwbaar en zijn slechts als indicatie of in combinatie met destruc- tieve methoden toepasbaar. Het boren en drukken van cilinders (destructief) is eigenlijk de enige betrouwbare meting. Terugslaghamer en ultrasoon (niet-destructief) en het bepalen van de uittreksterkte (semi- destructief) zijn slechts betrouwbaar in combinatie met het drukken van een (beperkt) aantal cilinders. De verschil- lende methoden worden in het navol- gende besproken. Druksterkte bepalen aan cilinders Om proefstukken te verkrijgen die kun- nen worden beproefd in een drukbank worden met behulp van een diamant- boor cilinders uit een betonconstructie geboord (foto 2). In Nederland wordt meestal voor cilinders gekozen waar- van de lengte van de te beproeven cilinder gelijk is aan de diameter. In het buitenland wordt vaak voor cilinders met een lengte van 2x de diameter gekozen. De resultaten van druksterkte- metingen aan cilinders met een lengte- diameterverhouding van 1:1 kunnen worden vergeleken met de in Neder- land gebruikelijke kubusdruksterkte. Als de verhouding enigszins afwijkt, kan het resultaat worden verrekend met behulp van de correctiefactor volgens Bonzel [1]. De cilinder moet een diameter van ten minste 50 mm en 3 maal de grootste korreldiameter hebben. Voor het in Nederland toegepaste standaardbeton komt dit neer op een cilinder met een diameter van 100 mm. Indien de dia- meter kleiner is dan 3x de korreldia- meter worden lagere druksterkten gemeten. Bij voorkeur moeten cilinders zonder wapening worden gebruikt. Aanwezigheid van wapening verlaagt de gemeten druksterkte. De cilinders moet goed recht zijn en de koppen vlak en haaks zijn. Omdat nooit 100% recht wordt geboord en het breukvlak niet vlak is, worden de kernen nabewerkt en is het noodzakelijk een langere cilinder te boren. Vóór het drukken moeten de cilinders nauwkeu- rig worden beoordeeld op afwijkingen zoals scheuren en grindnesten. Afwij- kingen moeten worden vastgelegd omdat deze wellicht invloed op het resultaat hebben. Ook na het drukken moeten de cilinders worden beoor- deeld om te zien of er sprake is van een geldig bezwijkpatroon. In NEN-EN 12504-1 [2] wordt beschre- ven waar in de constructie kernen moe- ten worden geboord, wat de benodigde afmetingen zijn, hoe ze moeten worden beoordeeld en opgemeten, hoe ze moeten worden geprepareerd en hoe de rapportage er uit moet zien. Voor het daadwerkelijk drukken van de kernen wordt verwezen naar NEN-EN 12390-3 [3]. In deze norm wordt beschreven op welke manier de druk- sterkte moet worden bepaald: hoe de monsters in de drukbank moeten worden geplaatst, op welke wijze moet worden belast, hoe het bezwijkpatroon moet worden vastgelegd, welke bezwijkpatronen geldig zijn en hoe de rapportage er uit moet zien. De norm geldt zowel voor gestorte kubussen en cilinders als voor geboorde cilinders. Terugslagwaarde Het gebruik van de terugslaghamer (ook wel sclerometer of Schmidthamer, en in het Engels reboundhammer of Swisshammer genoemd) is een niet- destructieve methode (foto 3). De hamer schiet met een veer een stalen stift met een vaste snelheid af op het betonoppervlak. De stift weerkaatst op het oppervlak. De terugslag geeft een maat voor de elasticiteitsmodulus van het betonoppervlak. Deze terugslag- waarde hangt samen met de beton- druksterkte. De uitslag van de hamer is sterk afhankelijk van de microstructuur van het betonoppervlak en vooral van de kwaliteit van het betonoppervlak. Zo kan een zandkorreltje op het opper- vlak een grote invloed hebben op de uitslag van de proef, net zoals een slechte nabehandeling. Zachte of grove oppervlakken moeten daarom worden voorbehandeld met een schuursteen. De proef moet worden uitgevoerd con- form NEN-EN 12504-2 [4]. Volgens die norm moeten op één locatie, op ten minste 25 mm van elkaar, negen afzon- derlijke bepalingen worden uitgevoerd. De mediaan van die negen bepalingen wordt als één meetresultaat beschouwd. Via een ijkgrafiek kan een indicatieve sterkte van de betoncon- structie worden afgelezen. Deze sterkte- bepaling mag echter niet worden gezien als een alternatief voor het druk- ken van cilinders. De correlatie is daar- voor te klein. Wel kan de terugslaghamer goed in combinatie met het drukken van cilinders worden gebruikt. Ook kan de uniformiteit van een betonstort of de oppervlaktekwaliteit worden bepaald of kunnen gebreken worden opgespoord. 2 Drukbank met kern 3 Terugslaghamer p28_Artikel 5.indd 29 04-12-15 13:55 30 VAKBLAD I 4 2015 Ultrasone pulssnelheid De voortplantingssnelheid van een ultrasone geluidspuls in beton is afhan- kelijk van de elasticiteitsmodulus van dat beton. Door aan weerszijden van een betonkubus of ander element een zender en ontvanger te plaatsen, kan de looptijd van de puls worden bepaald (foto 4). Bij een bekende afstand kan daaruit de ultrasone puls- snelheid worden bepaald. Omdat de elasticiteits-modulus een relatie heeft met de druksterkte, kan met behulp van de ultrasone pulssnelheid de druk- sterkte worden beoordeeld. Hoewel de ultrasone pulssnelheid in tegenstelling tot de terugslaghamer een gemiddelde waarde voor de gehele betondikte geeft, is deze niet-destructieve meting niet betrouwbaar genoeg om als alter- natief voor het drukken van cilinders te dienen. De correlatie is beperkt en de meting kan worden beïnvloed door gebreken in het beton, en het resultaat is ook sterk afhankelijk van de uitvoering van de proef en van het vochtgehalte van het beton. Ook de ultrasone pulssnelheid kan goed in combinatie met het drukken van cilin- ders worden gebruikt. De proef moet worden uitgevoerd conform NEN-EN 12504-4 [5]. Uittreksterkte De uittreksterkte is een semi-destruc- tieve methode die in Nederland nauwelijks wordt toegepast. Bij deze methode wordt een ankertje in het beton vooraf ingestort (fig. 5) of met behulp van speciaal freesgereedschap later aangebracht. Door kracht op het anker uit te oefenen, kun je een indruk krijgen van de betonsterkte. Ook deze test geeft slechts informatie over het betonoppervlak en wordt sterk beïn- vloed door wapening of plaatselijke gebreken en kan daarom niet worden gebruikt als alternatief voor het beproeven van cilinders. De proef moet worden uitgevoerd conform NEN-EN 12504-3 [6]. Beoordeling druksterkte­ beproevingen Het meten van de druksterkte van cilinders, de terugslagwaarde, de ultra- sone pulssnelheid of de uittreksterkte is relatief eenvoudig. De proeven geven echter niet direct de betonsterkte waar ook mee kan worden gerekend of waar- mee de sterkte kan worden getoetst. Omdat de spreiding van de resultaten vaak groot is, kunnen de resultaten uit de proeven niet zonder meer worden gebruikt om te rekenen of de vereiste sterkte te toetsen. In NEN-EN 13791 [7] wordt beschreven hoe de resultaten van de druksterktebeproevingen moe- ten worden beoordeeld. Dit gebeurt voor de situatie waar de druksterkten aan geboorde cilinders zijn bepaald en voor situaties waar een combinatie van druksterkten aan geboorde cilinders en met behulp van de terugslaghamer, ultrasone pulssnelheid of uittreksterkte zijn gebruikt. Er wordt onderscheid gemaakt tussen een herberekening van oude construc- ties die moeten worden aangepast of zijn beschadigd en het beoordelen van 4 Meten betonsterkte aan de hand van ultra- sone pulssnelheid 5 Methode van uittreksterkte Sterkte jong beton Naast beoordeling op constructieve veiligheid en mogelijke aantasting van de kwaliteit, kan het ook van belang zijn de sterkte te weten van jong beton om het optimale moment van ontkisten, voorspannen of belasten te bepalen. In praktijk gebeurt dit echter niet met de hier beschreven methoden maar door het drukken van kubussen of door de druksterkte te bepalen met de methode van gewogen rijpheid. LET OP: De resultaten van metingen van de terugslagwaarde, ultrasone pulssnelheid of uittrek-sterkte hebben slechts een indicatieve waarde. Alleen in combinatie met metingen aan geboorde cilinders zijn de resultaten acceptabel voor herberekening of toetsing van de betonsterkte. p28_Artikel 5.indd 30 04-12-15 13:56 31 VAKBLAD I 4 2015 de betonsterkteklasse in geval van een discussie over de geleverde kwaliteit. Voor het bepalen van de druksterkte zijn ten minste twee (discussie geleverde kwaliteit) of drie (herberekening) mon- sters noodzakelijk. Indien echter meer monsters worden gebruikt, kan de druksterkte gunstiger uitvallen. Verwerking beproevings­ resultaten NEN-EN 13791 staat in Nederland ter discussie [8, 9] indien de resultaten voor een herberekening worden gebruikt. De resultaten zouden niet veilig genoeg zijn. TNO heeft in een onderzoek vast- gesteld dat de waarden voor kunstwer- ken ongeveer 15% te gunstig uitvallen. Daarom is door Rijkswaterstaat een richtlijn voor een alternatieve beoorde- lingsprocedure opgesteld [10], die door hen zelf wordt voorgeschreven. Deze procedure wordt zeker niet door alle constructeurs onderschreven. Op dit moment is een aanpassing van NEN- EN 13791 in voorbereiding. Het is nog niet duidelijk in hoeverre deze aan het bovenstaande bezwaar tegemoetkomt. In NEN-EN 13791 en de Rijkswater- staatrichtlijn wordt beschreven hoe de karakteristieke druksterkte moet wor- den bepaald. In NEN-EN 1992-1-1 [11] wordt beschreven hoe aan de hand van de karakteristieke druksterkte de reken- waarde van de druksterkte moet wor- den bepaald. In NEN-EN 1992-1-1 wordt voor metingen aan oud beton (ouder dan 28 dagen), de toepassing van een factor k t van 0,85 voorgeschre- ven om de toename van de sterkte gedurende de tijd te compenseren. Dit is nodig omdat we bij het drukken van beton een korteduursterkte bepalen. Deze korteduursterkte is hoger dan de langeduursterkte. Bij jong beton wordt dit gecompenseerd doordat we weten dat beton in de loop der tijd sterker wordt. Bij ouder beton gebeurt dit niet meer waardoor het nodig is de reken- waarde te compenseren. Deze ziens- wijze wordt echter niet door iedereen onderschreven. In een nog te verschij- nen artikel in Cement zal hier nader op worden ingegaan. Literatuur 1. CUR-Aanbeveling 74, Onderzoek aan betonconstructie (ver vallen). 2. NEN-EN 12504-1:2009 Beproe - ving van beton in constructies ? Deel 1 Boorkernen ? Monster - neming, onderzoek en bepaling van de druksterkte. 3. NEN-EN 12390-3:2009/C1:2011 Beproeving van verhard beton ? Deel 3 Druksterkte van proefstukken. 4. NEN-EN 12504-2:2012 Beproe - ving van beton in constructies ? Deel 2 Niet-destructief onderzoek ? Bepaling van de terugslagwaarde. 5. NEN-EN 12504-4:2005 Beproe - ving van beton - Deel 4: Bepaling van ultrasone pulssnelheid. 6. NEN-EN 12504-3:2012 Beproeving van beton in constructies ? Deel 3 Bepaling van de uittrekkracht. 7. NEN-EN 13791: 2007 Beoordeling van de druksterkte van beton in constructies en vooraf ver vaar- digde betonelementen. 8. Vervuurt, A., Courage, W., Steen- bergen, R., Betonsterkte bestaande constructies. Cement 2012/4. 9. Vervuurt, A., Steenbergen, R., EN 13791 ter discussie. Cement 2011/8. 10. Richtlijnen voor boren, transporte - ren en beproeven van betonkernen en het bepalen van druk- en splijt- treksterkte. RTD 1018:2014, Rijks- waterstaat, 25 februari 2014. 11. NEN-EN 1992-1-1:2005 en Euro - code 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen. 12. Druksterkte in het werk. Betoniek Standaard 10/8, 1995. Tabel voor toets cilinders en kubussen In NEN-EN 13791 wordt in een tabel een toets voor cilinders en kubussen aangegeven (tabel 1). Deze tabel leidt nogal eens tot verwarring. Omdat wij in Nederland in het algemeen onze druksterkten bepalen aan kubussen en aan cilinders met een verhouding 1 : 1, gebruiken wij de kolom met de waarden voor kubussen (fck,is, cube ). In veel andere landen wordt beton beproefd op cilinders met een verhouding 1 : 2. Voor hen geldt de kolom met cilinderwaarden. Tabel 1 Minimum characteristic in ­situ compressive strength for the EN 206 ­1 compressive strength classes compressive strength class according to EN 206 ­1 ratio of in ­situ characteristic strength to characteristic strength of standard specimens minimum characteristic in­situ strength N/mm 2 fck,is,cyl fck,is,cube C8/10 0,85 7 9 C12/15 0,85 10 13 C16/20 0,85 14 17 C20/25 0,85 17 21 C25/30 0,85 21 26 C30/37 0,85 26 31 C35/45 0,85 30 38 C40/50 0,85 34 43 C45/55 0,85 38 47 C50/60 0,85 43 51 C55/67 0,85 47 57 C60/75 0,85 51 64 C70/85 0,85 60 72 C80/95 0,85 68 81 C90/105 0,85 77 89 C100/115 0,85 85 98 p28_Artikel 5.indd 31 04-12-15 13:56