Dilatatievoegen in metselwerk bij sluizen: Functionele oplossingen en constructieve eisen

Inleiding

Dilatatievoegen spelen een essentiële rol in de constructie van metselwerk bij sluizen. Deze voegen zijn ontworpen om vervormingen op te vangen die ontstaan door temperatuurveranderingen, zettingen, en andere externe krachten. Het doel van dit artikel is om een overzicht te geven van de technische eisen, materialen, en praktische toepassingen van dilatatievoegen in het kader van metselwerk bij sluizen. Het artikel is gebaseerd op informatie uit de Rijksregister van Kunstwerken (ROK), een betrouwbare bron die richtlijnen geeft voor het ontwerp en de uitvoering van constructies in de waterbouwkunde.

Wat zijn dilatatievoegen?

Dilatatievoegen zijn verticale of horizontale lege ruimtes die op doelbewuste wijze worden gemaakt in metselwerk. Deze voegen dienen als compensatie voor thermische en mechanische vervormingen. In de context van sluizen, waar structuren bloot staan aan continue veranderingen in vochtgehalte, temperatuur, en hydrostatische druk, zijn deze voegen van cruciaal belang om schade aan het metselwerk te voorkomen.

Volgens ROK-0784 is de ontworpen wijdte van dilatatievoegen zo te bepalen dat de verlengingen en verkortingen, veroorzaakt door temperatuurverschillen in de loop der tijd, binnen de beschikbare voegwijdte kunnen worden opgenomen, zonder dat dit leidt tot schade door drukkrachten. Voor gesloten constructies is een minimale voegwijdte van 3 mm per 10 m lengte aan te bevelen, en voor open constructies 5 mm per 10 m lengte, met een absolute minimum van 20 mm. De voegvulling moet elastisch zijn en in staat zijn om vervormingen te absorberen zonder schade te veroorzaken aan het beton of de afdichting.

Constructieve eisen voor dilatatievoegen

1. Voegwijdte en locaties

De locatie en breedte van dilatatievoegen zijn bepalend voor de functionele prestaties van het metselwerk. De eisen zijn afhankelijk van de constructie (gesloten of open) en de verwachte thermische spanningen. Bij gesloten constructies is een voegwijdte van 3 mm per 10 meter aan te bevelen, terwijl open constructies een wijdte van 5 mm per 10 meter vereisen. De minimale breedte van de voeg is 20 mm.

De voegwijdte wordt beïnvloed door de temperatuur op het moment van vervaardiging van de voeg. In de praktijk is deze informatie vaak niet beschikbaar bij het ontwerp, dus wordt er uitgegaan van standaardwaarden.

2. Voegvulling

De voegvulling speelt een cruciale rol bij het absorberen van vervormingen. De voegvulling moet een voldoende reversibel elastisch gedrag vertonen, zodat de optredende vervormingen niet leiden tot significante spanningen in het beton en de afdichtende werking van de voegvulling niet verloren gaat.

Volgens ROK-0442 moet aan de grondzijde van dilatatievoegen een uitwendig ingestort, voegoverbruggend, niet ingeklemd grondkerend profiel worden toegepast. Aan de binnenzijde is een ingeklemd en verlijmd ACME-profiel voldoende, met uitzondering van berende voegen.

Ervaring leert dat sommige voegen relatief ver open kunnen gaan door seizoenswisselingen. De verlenging en verkorting door temperatuurverschillen kan zich concentreren in een enkele of beperkte aantal voegen. Als vuil of grond in de voegen terecht komt, kan de voegbreedte in de loop der tijd blijven toenemen (hysteresis). Een ingeklemd profiel kan deze relatief grote voegbeweging niet altijd volgen, wat kan leiden tot schade.

3. Afdichting en zetting

Zettingen en rotaties zijn belangrijke aspecten die in overweging genomen moeten worden bij de uitvoering van dilatatievoegen. Voor zinkelementen gelden bij oplevering eisen zoals zettingen niet groter dan 0,05 m en rotaties niet groter dan 1:1000. Deze eisen zijn belangrijk om te voorkomen dat de waterdichtheid onder druk komt door te grote rotaties of zettingen.

Volgens ROK-0381 moet een tunnel extra zettingen kunnen volgen zonder dat de waterdichtheid compromis raakt. Dit betekent dat de afdichtende rubberprofielen voldoende vervormingscapaciteit moeten hebben. Bij afgezonken tunnels op een onderstroomlaag van zand moet rekening gehouden worden met een verdubbeling van zettingen in de loop der tijd.

4. Vrijheid van beweging en flexibiliteit

Dilatatievoegen moeten voldoende flexibiliteit bieden om verschilzettingen te kunnen volgen. Dit is van groot belang bij complexe structuren zoals afzinktunnels, waarbij het doorslijpen van voorspanning de flexibiliteit vergroot. Het doorslijpen van voorspanning bij dilatatievoegen helpt om momenten in langsrichting te beperken, wat de waterdichtheid kan behouden door het voorkomen van doorgaande buigscheuren.

ROK-0591 en ROK-0592 geven aan dat na het aflaten en verwijderen van vijzels en het afdichten van onderspoelpunten, de voorspanelementen ter plaatse van de dilatatievoegen moeten worden doorslijpt en pas daarna ballastbeton kan worden aangebracht. Deze procedure is ontworpen om flexibiliteit te vergroten en eventuele schade door zettingen te voorkomen.

5. Plaatsingstoleranties

Plaatsingstoleranties zijn essentieel bij de uitvoering van afgezonken tunnelelementen. Als het primaire eind van een te plaatsen element voorzien is van een tijdelijke rubbervoegafdichting, wordt aanbevolen het element binnen bepaalde toleranties ten opzichte van het secundaire eind van het aansluitende element of landhoofd te plaatsen. Deze toleranties zijn afhankelijk van het type voegafdichting.

ROK-0592 benadrukt het belang van een studie naar bouwtoleranties en plaatsingstoleranties, omdat afwijkingen in de precisie van de uitvoering kunnen leiden tot problemen met de afdichting en structuurstabiliteit.

Materialen en voegvullingen

De keuze van het juiste materiaal voor de voegvulling is van essentieel belang voor de duurzaamheid en prestaties van de dilatatievoegen. De voegvulling moet elastisch zijn en in staat zijn om de verwachte vervormingen te absorberen zonder schade te veroorzaken aan het beton of de afdichting.

1. Rubberen profielen

Rubberen profielen zijn een veelgebruikt materiaal voor afdichting in voegen. Volgens ROK-0442 moeten rubberen profielen voor de waterafdichting in voegen aan de grondzijde uitwendig ingestort en voegoverbruggend zijn, en niet ingeklemd. Aan de binnenzijde is een ingeklemd en verlijmd ACME-profiel voldoende, behalve bij berende voegen.

2. Cement en bindmiddelen

Voor de betonconstructies bij natte kunstwerken gelden specifieke eisen inzake cement en bindmiddelen. Volgens ROK-0176 moet het gekozen cement of bindmiddel minimaal 25% (m/m) portlandcementklinker bevatten, met uitzondering van milieuklasse X0. Voor constructiedelen van massabeton die permanent onder (grond-)water liggen (milieuklassen XC1, XC2, XS2) moet het gehalte portlandcementklinker minimaal 20% zijn. Daarnaast moet het bindmiddel voldoen aan specifieke combinaties die worden aangegeven in de relevante normen.

3. Betonklasse en milieuklasse

Bij natte kunstwerken, zoals sluizen, wordt de constructie blootgesteld aan dooizouten. Hierbij geldt de milieuklasse XD3 voor de dagzijde van de constructie, tenzij de delen permanent onder water staan. Voor die delen is de categorie XD niet van toepassing. Voor de gehele constructie moet worden bepaald welke andere milieuklassen van toepassing zijn, zoals in ROK-tabel T0727 staat vermeld.

Praktische toepassing in sluizen

1. Spuisluis

Een spuisluis is een uitwateringssluis die ervoor zorgt dat een overvloed aan water van het binnenwater naar een lager gelegen buitenwater kan afvloeien. Daarnaast dient de spuisluis ook om het binnenwater te ontdoen van buitenwater. In de context van metselwerk en dilatatievoegen is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de structuur voldoet aan de eisen betreffende voegwijdte, voegvulling en afdichting.

De spuisluis is een voorbeeld van een "nat kunstwerk", waarbij de constructie bloot staat aan continue veranderingen in vochtgehalte en temperatuur. Hierbij is het belangrijk om te rekenen met zettingen, rotaties en thermische spanningen. De voegvulling moet voldoende flexibel zijn om deze spanningen te absorberen.

2. Stuw

Een stuw is een vaste of beweegbare waterkering die ervoor zorgt dat het water tot een bepaald peil wordt gestuwd. Ook bij stuwconstructies is het gebruik van dilatatievoegen van essentieel belang om vervormingen op te vangen. De eisen voor de voegwijdte en voegvulling zijn vergelijkbaar met die van een spuisluis.

3. Stormvloedkering

Een stormvloedkering is een waterbouwkundige constructie die ervoor zorgt dat water bij stormvloed of springtij de monding van een rivier niet kan instromen. Deze constructie is ontworpen om overstromingen te voorkomen. In het kader van metselwerk en dilatatievoegen is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de structuur in staat is om zowel thermische als mechanische vervormingen op te vangen.

De voegvulling bij stormvloedkeringen moet elastisch zijn en in staat om de verwachte vervormingen te absorberen. Hierbij is het belangrijk om rekening te houden met de specifieke eisen voor zettingen, rotaties en thermische spanningen.

Veiligheid en duurzaamheid

Veiligheid en duurzaamheid zijn belangrijke aspecten bij het ontwerp en de uitvoering van dilatatievoegen in sluizen. De eisen voor voegwijdte, voegvulling en afdichting zijn ontworpen om schade aan de structuur te voorkomen en de functionele prestaties te waarborgen.

Bij natte kunstwerken wordt gestrooid tegen gladheid op bordessen en kruisende wegverkeersverbindingen. Niet-gestrooide delen van het kunstwerk staan bloot aan afstromend of afwaaiend chloridehoudend water. Permanent onder water vindt zoveel verdunning plaats dat XD3 te streng kan worden geacht.

Conclusie

Dilatatievoegen in metselwerk bij sluizen zijn essentieel voor het opvangen van vervormingen die ontstaan door temperatuurveranderingen, zettingen en andere externe krachten. De eisen voor voegwijdte, voegvulling, en afdichting zijn gebaseerd op normen zoals NEN-EN 1991-1-5, NEN-EN 206, en NEN 8005. Deze eisen zijn ontworpen om schade aan de structuur te voorkomen en de functionele prestaties te waarborgen.

De keuze van het juiste materiaal voor de voegvulling en de uitvoering van de voegvullen zijn van groot belang voor de duurzaamheid en prestaties van de constructie. Het gebruik van rubberen profielen, cement en bindmiddelen volgens de relevante eisen is essentieel. Daarnaast is het belangrijk om rekening te houden met de specifieke eisen voor zettingen, rotaties en thermische spanningen.

In het kader van sluizen, spuizluis, stuw en stormvloedkering is het gebruik van dilatatievoegen van essentieel belang om de functionele prestaties en de duurzaamheid van de constructie te waarborgen. Het naleven van de eisen uit de ROK en andere relevante normen is essentieel voor een veilige en duurzame uitvoering.

Bronnen

1. ROK register van kunstwerken