Een uitgave van deNederlandse Cementindustrieredactie-adresHerengracht 507 Amsterdamtelefoon 020-238531De sterkte in het werkInleidingBij het ontwerpen van een betonconstructie ishet maken van de sterkteberekening een be-langrijk onderdeel van de werkzaamheden.Daarbij gaat de constructeur enerzijds uit vande belastingen die op de constructie zullengaan werken en anderzijds van de sterkte vande materialen, die voor de constructie zullenworden gebruikt. In de nieuwe voorschriftenVB 1972 staat over dit laatste:De in de berekening in te voeren rekenwaardevoor de sterkte Van een materiaal wordt uit-gedrukt door de betrekking:karakteristieke sterkterekenwaarde = "I" h"d "'" ", tvel Ig el scoe IClenDe karakteristieke sterkte van een materiaalwordt gedefinieerd als de grenswaarde, diedoor ten hoogste 5% van alle theoretisch teverwachten uitkomsten van proeven mag wor-den onderschreden.De karakteristieke betondruksterkte wordt be-paald met behulp van proefkubussen, die zijngemaakt van representatieve monsters van hette onderzoeken beton. Tevens zijn eisen vast-gelegd wat betreft de afmetingen en vorm vande proefstukken, de wijze van vervaardigen enbewaren alsmede de methode van het bepalenvan de druksterkte. Vier weken na het stortenbepaalt men op destructieve wijze de sterktevan de proefstukken en trekt uit deze gegevensconclusies over de sterkte van de betreffendebetonconstructie.Een en ander is te vergelijken met het bakkenvan een heerlijke feesttaart voor Oma's ver-jaardag. We willen de taart natuurlijk onge-juli/augustus 1972schonden aanbieden op de grote dag, maar wewillen toch weten of hij goed smaakt. Van hetdeeg, de vulling, het glazuur, kortom van alleingrediënten, die we voor de taart zelf gebrui-ken, nemen we een klein beetje (representatiefmonster) en maken hiervan naast de grotetaart een heel klein taartje (proefstuk), dat weop dezelfde manier bakken als de grote. Alsalles afgewerkt en klaar is, proeven we hettaartje en besluiten op grond daarvan of we degrote goed genoeg achten om aan de jarigeaan te bieden.In dit voorbeeld zal een dergelijke 'beproeving'(ook al is deze destructief) nog aangevuldkunnen worden met een visuele vergelijking(ziet hij er net zo lekker uit?) en met een beoor-deling van de geur. Toch is het de vraag ofeen klein taartje dezelfde oventemperatuur enbaktijd nodig heeft als de grote taart om evengaar te worden. Ook het afkoelen zal andersverlopen, enz. Helaas moeten we hieruit be-sluiten dat het niet zo eenvoudig is om eenrepresentatief proefstuk te maken" Maar latenwe van de keuken teruggaan naar het bouw-werk.Het gebruik van proefstukken kan allerlei on-aangename verrassingen met zich brengen, alswe ons niet terdege bewust zijn van de be-perkte overeenstemming met het gedrag vande betonconstructie zelf.Het nemen van een representatief monster is aleen hele opgave, maar wanneer dit geslaagd is,gaat het monster als het ware een eigen levenleiden. Het wordt gebruikt om er een ongewa-pend betonnen blokje van te maken van zo·danige afmetingen, dat het wandeffect een be-langrijke rol speelt. Hierdoor zal de beton-samenstelling in het blokje afwijken van die inde constructie. Een ander belangrijk verschil.,,'.,', ,".lJ;).'?X .. ' ,'.'.::':',:',:".....' .. ,:',.::"...::",'.,' : ,.:',::........... . ,.' ......... :'." , ..: ',':Bij het bewaren van proefkubussen in een kli-maatkamer (links) is het moeilijker om de re-latieve vochtigheid en de temperatuur constantte houden; daarom geeft men veelal de voor-keur aan bewaren onder water (rechts)Foto: Beton/ek/B. J. de Ru/terVergelijking tussen een kolom, een proefstukmet dezelfde specifieke oppervlakte en eenproefkubus met ribben van 15 cmDe warmte-ontwikkeling bij de hydratatie vanconstructiedeel en bijbehorend proefstuk isevenredig met de massa van het beton, dus metde inhoud, terwijl de warmte-uitwisseling metde omgeving plaatsvindt aan de oppervlakte.Dit betekent dat het specifieke oppervlak eenindruk geeft over de mate waarin de omgevingvan invloed is.Dit geldt niet alleen voor de warmte-uitwisse-ling maar bijv. ook voor vochttransport van ennaar de omgeving. De totale hoeveelheid vrij,dus verdampbaar, water is evenredig met deinhoud van de hoeveelheid beton. Verdamping(of vochtopname in geval van uitgedroogd be-ton) heeft echter alleen plaats aan het opper-vlak.Om een proefkubus met een zelfde specifiekoppervlak als de bovengenoemde kolom van4 X 0,4 X 0,4 m3 te verkrijgen zou men dezeribben van 60 cm moeten geven. Een onprak-tisch en onhandelbaar proefstuk!Zoals meestal bij modelproeven dient men ookbij het gebruik van proefstukken voor de sterk-tebepaling van beton met een aantal herlei-2tussen proefstuk en constructieonderdeel is deverhouding van oppervlakte tot inhoud.Een 4 meter hoge kolom met een doorsnedevan 0,4 X 0,4 m2 heeft een aan de omgevingblootgesteld oppervlak van 4 X 4 X 0,4 = 6,4m2 bij een inhoud van 4 X 0,4 X 0,4 = 0,64 m3.Het specifieke oppervlak is dan 6,4 : 0,64 =10 m2/m3.Een kubus met ribben van 15 cm heeft eenoppervlak van 6 X 0,15 X 0,15= 0,135 m2 bijeen volume van 0,15 X 0,15 XO,15 = 0,003375m3. Het specifieke oppervlak van de proefku-bus is dus 0,135: 0,003375 = 40 m2/m3, dusvier maal zo groot als van de kolom.dingsfactoren te werken. Daar het in de praktijkbijna nooit mogelijk is de bewaarcondities vande proefstukken zodanig te regelen dat de in-vloeden van de omgeving volkomen dezelfdezijn als voor de constructie, is het eenvoudigerom die voor de proefstukken constant tehouden.Vooral bij het bewaren van proefkubussen inwater van bepaalde temperatuur is het constanthouden van de bewaarcondities technisch be-trekkelijk eenvoudig uitvoerbaar. Wil men nuuit de resultaten van dergelijke geconditioneerdbewaarde kubussen conclusies trekken overde sterkte van het beton in de constructie, danhoeft men alleen rekening te houden met deafwijkende verhardingsomstandigheden van deconstructie. Een belangrijke factor daarbij ishet produkt van tijd en betontemperatuur, datvrij gemakkelijk met behulp van een tempe-ratuurschrijver kan worden bepaald. In de prak-tijk volstaat men dikwijls met het bepalen vande maximum en minimum luchttemperatuur perwerkdag. In hoeverre deze omgevingstempe-ratuur van invloed is op de betontemperatuur isafhankelijk van factoren als specifiek opper-vlak, isolatiewaarde van de bekisting (even-tueel aangevuld met beschermende maatrege-len), invloed van wind en zon, enz.Uit een onderzoek van Delmar L Bloem: 'Con-crete strength in structures' (Journalof Ameri-can Concrete Institute, Maart 1968) blijkt datin de meeste praktijkomstandigheden de resul-taten van geconditioneerd bewaarde proef-stukken een redelijk goede overeenstemmingvertoonden met de sterkte in het werk. Dezeovereenstemming bleek in ieder geval beter tezijn dan die waarbij men had getracht de proef-stukken de omstandigheden van de construc-tie te laten volgen (verhardingsproef).3Vroeger werden nog wel eens proefbelastingenuitgevoerd, :zoals hier bij een trambrugDe controleproef is niet alleen een redelijk be-trouwbaaruitgangspunt voOr de schatting vande sterkte-ontwikkeling in de constructie, maarkan ook voor de produktiecontrole worden ge-bruikt. De sterkte-ontwikkeling van de gecon-ditioneerd bewaarde proefstukken is namelijkalleen afhankelijk van de betonsamenstellingen de ouderdom van het proefstuk op het tijd-stip van beproeven. We kunnen op die manierverschillende mengsels vergelijken, dan wel deconstantheid van samenstelling van één be-paald mengsel controleren.Helaas moet worden geconstateerd, dat de uit-voering van de keurings- en controlewerkzaam-heden dikwijls veel te wensen overlaat. Datkomt gedeeltelijk doordat de mensen, belastmet het nemen van de monsters en het makenvan proefstukken onvoldoende beseffen hoebelangrijk hun werk is. Het resultaat van het on-derzoek van een paar simpele proefkubus-jes kan vèrstrekkendegevolgen hebben. Dediepere oorzaak ligt echter in het feit dat hettoezichthoudend personeel vaak alle aandachtheeft gericht op het bouwen en betoncontroleals een improduktieve werkzaamheid ziet. Hetresultaat is echter, dat het nog veel te vaakvoorkomt dat uitslagen van controleproevenreden tot afkeuren zijn, terwijl bij een nader on-derzoek blijkt dat het beton in het constructie-deel wel degelijk aan de gestelde eisen vol-doet.Tot op heden bestond er geen genormaliseer-de gectragslijn, die aangaf wat er moest wordengedaan als de resultaten van de proefstukkenniet aan de gestelde eisen voldeden. De GBV1962 noemde wel de mogelijkheid van proef-belasting, maar dit middel is dikwijls erger dande kwaal en werd daarom zelden toegepast.Het ontwerp VB 1972 stelt echter heel duidelijk,dat als de resultaten van de controleproef nietvoldoen aan de gestelde eisen, er een aan-vullend onderzoek mag worden ingesteld vol-gens een aantal vastgestelde methoden. Ookals bij gebreken in de uitvoering twijfel bestaatomtrent de sterkte, de duurzaamheid en!of dee van de constructie, kan het aanvul-lerlde onderzoek uitsluitsel geven. Naast niet-destructieve onderzoekmethoden.met terug-slaghamer en meting van de geluidssnelheidmoeten nog drie steekproeven wordenmen volgens een destructieve methode (boor-kernen).Niet-destructieve methoden van onderzoekkunnen ook worden toegepast om de waar-schijnlijke druksterkte in de betonconstructieop een bepaald tijdstip te bepalen, dus ter ver-vanging van of aanvulling op de verhardings-proef. Het werken met proefstukken om het tijd-stip te bepalen, waarop een bepaalde sterkteis bereikt, heeft nogal wat bezwaren. Men heefter meestal belang bij om zo snel mogelijk te4Het doormeten van een kolom en een wand meteen betontesterFoto's: BEFARO, Rotterdamweten, dat een zekere sterkte is bereikt, teneinde te kunnen ontkisten, gedeeltelijk of ge-heel belasten, resp. voorspannen. Drukt menechter de verhardingskubussen te vroeg, dusop het moment waarop de gewenste sterktenog niet is bereikt, dan heeft men de informatie-bron geheel of gedeeltelijk verbruikt. Het is danook van groot belang dat in het ontwerp VB1972 de methodiek is vastgelegd, waarmee degewenste informatie langs niet-destructieve wegkan worden verkregen, want daarmee is hetmogelijk de sterkte-ontwikkeling in de con-structie op de voet te volgen.Methoden van onderzoekEen tweetal methoden van onderzoek, de be-tonhamer van Schmidt en het akoestisch onder-zoek is besproken in BETONlEK 1/17. Wij zuI-len er daarom nu niet veel over zeggen. Slechtsop een enkel punt willen we even nader in-gaan.Bij de terugslaghamer worden grafieken entabellen geleverd die het verband tussen deterugslagwaarde R en de waarschijnlijkstewaarde van de kubusdruksterkte aangegevenmet een opgave van de spreidingsbreedte. Inhet ontwerp VB 1972 staat echter uitdrukkelijk,dat gebruik moet worden gemaakt van een cor-relatiegrafiek, die moet zijn bepaald aan de5Het bepalen van de R-waarde van kubussenvoor het opstellen van een correlatiegrafiekFoto: BEFARO, Rotterdamhand van ten minste 100 kubussen van de be-treffende betonsoort (grindbeton, lichtbeton ofzwaarbeton). Hiertoe belast men de te onder-zoeken kubussen tussen de platen van de persmet ongeveer 10 tf. Dan schiet men negenop twee tegenoverliggende zijvlakken van dekubus en bepaalt de mediaan (er zijn evenveelmetingen met een hogere als met een lagerewaarde dan de mediaan; in dit geval is de me-diaan dus gelijk aan de waarde van de vijfdemeting wanneer de metingen op opeenvolgen-de waarden zijn gerangschikt). Nu bepaalt mende druksterkte van de kubus en noteert de ge-vonden sterkte bij de R-waarde.Op de resultaten van minstens 100 van zulkewaarnemingen aan kubussen van de betref-fende betonsoort wordt een correlatiebereke-ning toegepast, waardoor de correlatiegrafiekwordt gevonden.De Schmidthamer moet van tijd tot tijd wordengeijkt op een ijkaambeeld zoals in de gebruiks-aanwijzing is voorgeschreven.Uitgeboorde betoncilinder; hÎerbij is wel eenwapeningsstaaf doorboord (zie pijltje)Een derde methode van onderzoek is die aande hand van geboorde cilinders. In tegen-stelling tot de twee vorige methoden van on-is deze van destructieve aard. Menneemt namelijk proefstukken uit de betoncon-structie en belast deze daarna tot breuk. Inhet ontwerp VB 1972 wordt aangegeven, datmen cilinders (bij voorkeur met een diametervan 100 of 150 mm) uit het te onderzoeken be-ton moet boren. Dit boren vindt plaats met be-hulp van een stalen pijp, waarvan de rand isvoorzien van diamantstof of -gruis. Tijdens hetboren wordt het verpulverde beton afgevoerddoor een straal water (of lucht), die tevens voorde koeling van de boorpijp zorgt.De snelheid van boren (de omtreksnelheid zo-wel als de aanzetsnelheid) dient te wordenaangepast aan het te boren beton om bescha-diging te voorkomen. Beton met lage sterkte,zoals jong beton, moet met geringe aanzet-snelheid worden geboord om het uitbreken vangrindbiggels te voorkomen. Boren ter plaatsevan gevaarlijke doorsneden moet worden ver-meden, dus is overleg met de constructeur vangroot belang.De hoogte van de cilinders moet minstens ge-lijk zijn aan de middellijn. Het boven- en onder-vlak moet glad worden afgeslepen; ze mogenop geen enkele plaats meer dan 0,05 mm af-wijken van een zuiver plat vlak. De hoeken diede cilindermantel maakt met boven- en onder-vlak mogen niet meer dan 0,5° afwijken vaneen rechte hoek. Voordat de cilinders wordenbeproefd moeten ze 2 dagen onder water wor-den bewaard, waarbij de temperatuur van hetwater 20° C (± 4°) moet zijn.Voor het geval dat de hoogte van de geboordecilinders gelijk is aan de diameter mogen deverkregen resultaten worden gelijkgesteld aande druksterkte van kubussen met ribben van 156Uitgeboorde cilinders uit een beton met basaltals toeslagmateriaalFoto: Betoniek/B. J. de Ruitercm van dezelfde betonkwaliteit. Als de hoogtevan de cilinders groter is dan de diameter,verdient het aanbeveling deze door afzagen enslijpen te verminderen tot dezelfde maat als dediameter. Als dit niet mogelijk of gewenst is,moet men met herleidingsfactoren rekenen.Onderzoek ter vervanging van de verhardings-proefIn de inleiding is reeds gesproken over demoeilijkheden die zich voordoen bij pogingenom via proefstukken iets te weten te komenover de kwaliteit van het beton in de construc-tie. Voor het bepalen van het tijdstip waaropmen kan gaan ontkisten, dan wel geheel of ge-deeltelijk belasten (eventueel voorspannen)dient de verhardingsproef, maar het is niet een-voudig om hiermee betrouwbare resultaten teverkrijgen. Bovendien gaat het hier niet in deeerste p,laats om het vaststellen van de sterkteop een bepaald tijdstip, maar omgekeerd omhet vaststellen Van het tijdstip, waarop een be-paalde sterkte is bereikt. Drukt men verhar-dingskubussen en het blijkt dat de gewenstesterkte nog niet is bereikt, dan heeft men daar-mee deze bron van informatie tevens 'opge-bruikt'. Vandaar dat juist ter vervanging van deverhardingsproef behoefte bestaat aan niet-destructief onderzoek aan de constructie, om-dat men dit onderzoek steeds kan herhalen totmen de gewenste informatie heeft verkregen.Het ontwerp VB 1972 staat dan ook expliciethet gebruik toe van methoden van niet-destruc-tief onderzoek ter vervanging van de verhar-dingsproef. Het voornaamste verschil met hetook in de VB '72 genoemde aanvullend onder-zoek is, dat bij het laatste de resultaten van hetniet-destructief onderzoek nog worden geveri-fieerd met destructief onderzoek op uitgeboor-de cilinders.7De gemiddelde druksterkte, die met behulp vande bij iedere methode behorende correlatie-grafiekis afgeleid, moet worden vermenigvul-digd met de onderstaande reductiefactor:Re-Methode van onderzoek ductie-factormet behulp van de terugslaghamerI 2/3met behulp van ultrasone metingenI 3/4met behulp van de terugslaghamer I 4/5in combinatie met ultrasone metingenBij de bepaling van de reductiefactoren is uit-gegaan van minstens 30 waarnemingen (ofcombinaties van waarnemingen).Bij gebruik van de terugslaghamer mag mengebruik maken van de correlatiegrafiek, die metbehulp van minstens 100 proefkubussen vande betreffende betonsoort is bepaald. De sprei-ding van de resultaten wordt ingecalculeerddoor te rekenen met een variatiecoëfficiënt van20'%. (De variatiecoëfficiënt is de standaard-afwijking, uitgedrukt in procenten van het ge-middelde). Zoals veelal gebruikelijk rekent menmet een overschrijdingskans van 5%, d.W.Z.dat ten hoogste 5% van de waarnemingenbuiten het in de berekening betrokken gebiedvalt. De grenswaarde, die dit gebied afsluit,verschilt dan 1,64 X de standaardafwijking vanhet gemiddelde; in dit geval dus1,64 X 0,20 X gemiddelde =0,33 X gemid-delde.De grenswaarde ligt dus bij:gemiddelde - 0,33 X gemiddelde =0,67 Xgemiddelde.Bij een gemiddelde van 300 kgf/cm2 hoort duseen grenswaarde van 200 kgf/cm2.Sterk werk!Hieruit blijkt dat wanneer niet-destructievemeetmethoden worden toegepast, daarnaastaltijd het boren van cilinders wordt verlangdals vergelijking. Tevens kunnen uitgeboordecilinders een indruk geven van meer zaken danalleen de sterkte van de betreffende construc-tie, bij voorbeeld ontmenging, onvoldoende ver-dichting e.d.Bij gebruik van het ultrasone meetapparaathoudt men een variatiecoëfficiënt van 15%aan. Hierbij komt men tot een grenswaarde van ·0,75 X gemiddelde.Bij een combinatie van de metingen met terug-slaghamer en met ultrasone meting past mende door de fabrikant verstrekte .gegevens toeom de uit de metingen afgeleide sterkte te vin-den. Hierbij wordt een variatiecoëfficiënt van12% aangehouden. Men komt dan tot eengrenswaarde, die 0,80 x het gemiddelde is.Aanvullend onderzoekZoals aan het begin reeds is opgemerkt, wordtde kwaliteit van het beton in de constructiemeestal beoordeeld op grond van de uitslagenvan proefkubussen. Wanneer de resultaten vanhet onderzoek op de druksterkte van het betonmet de controleproef duidelijk niet aan deeisen voldoen, zal men alvorens eventueel totafkeuren over te gaan - meestal een aanvullendonderzoek instellen. Dit kan ook nodig zijn alsde uitslagen van de proefkubussen wel aande eisen voldoen, maar twijfel bestaat aan desterkte, duurzaamheid en/of veiligheid van deconstructie of van een onderdeel daarvan. Dezetwijfel komt dan voort uit andere aanwijzingendan de controleproef, bij voorbeeld zichtbaregebreken ten gevolge van slordige of ondes-kundige uitvoering of door plotseling ingeval-len strenge vorst.Het aanvullend onderzoek moet volgens hetontwerp VB 1972 geschieden volgens één vande hieronder genoemde methoden:· Onderzoek met de terugslaghamer in com-binatie met een steekproef van minstens 3geboorde cilinders.· Onderzoek met ultrasone metingen in com-binatie met de terugslaghamer en eensteekproef van minstens 3 geboorde cilin-ders.Onderzoek aan de hand van geboorde cilin-ders.8