Zijkrachten in Metselwerk: Oorzaken, Gevolgen en Beperking

Published by Redactie on september 4, 2025 | Category metselwerk

De stabiliteit van metselwerkconstructies wordt niet alleen bepaald door de verticale belasting, maar ook door de horizontale krachten die erop inwerken. Deze horizontale krachten, ook wel zijkrachten of spatkrachten genoemd, kunnen leiden tot scheurvorming en zelfs instorting als ze niet adequaat worden opgevangen. Dit artikel behandelt de oorzaken van zijkrachten in metselwerk, de mogelijke gevolgen en methoden om deze krachten te verminderen of af te leiden, gebaseerd op beschikbare informatie.

Wat zijn Zijkrachten?

Zijkrachten ontstaan wanneer constructies schuine of gebogen elementen bevatten. Deze elementen genereren een verticale kracht, een drukkracht op het steunpunt, en een horizontale component, de zijkracht. Deze krachten werken zijwaarts op het dragende element en kunnen ervoor zorgen dat steunpunten of pijlers uit elkaar worden getrokken. Een voorbeeld hiervan is een brug waarbij de zijkrachten uit de bogen worden opgevangen door trekstangen onder het dek. Ook kapconstructies van woningen hebben de neiging het dragende metselwerk van de muren naar buiten te duwen. De hellingshoek van een dak speelt hierbij een rol; een dak met een kleine hellingshoek genereert meer zijkrachten dan een dak met een steile helling.

Oorzaken van Zijkrachten in Metselwerk

Zijkrachten kunnen verschillende oorzaken hebben in metselwerkconstructies. Een belangrijke oorzaak is de belasting van een dakconstructie. De constructie oefent druk uit op de muren, wat resulteert in zijkrachten. Andere oorzaken kunnen zijn:

Windbelasting: Wind kan aanzienlijke horizontale krachten op gevels uitoefenen.
Aarddruk: In het geval van kelderwanden of ondersteunende muren kan de druk van de aarde zijkrachten veroorzaken.
Onregelmatige belasting: Onevenwichtige belasting van een constructie kan leiden tot het ontstaan van zijkrachten.

Gevolgen van Niet-Afgeleide Zijkrachten

Wanneer zijkrachten niet voldoende worden weggeleid, kan dit leiden tot scheurvorming in de gevels. Dit is een duidelijk teken dat de constructie onder spanning staat en dat er maatregelen moeten worden genomen om de stabiliteit te herstellen. In ernstige gevallen kan het uitblijven van adequate maatregelen leiden tot instorting van de constructie.

Methoden om Zijkrachten te Verminderen of Af te Leiden

Er zijn verschillende methoden om zijkrachten van een kapconstructie te verminderen of af te leiden. Deze methoden omvatten:

Trekstangen: Het plaatsen van trekstangen tussen de uitwijkende kapdelen houdt het dak in verband en vermindert de zijkrachten.
Dikke muren: Het gebruik van zware, dikke muren (anderhalve steen of twee stenen dik) biedt meer weerstand tegen zijkrachten.
Steunberen: Steunberen geven de muur meer mogelijkheden om de zijwaartse krachten af te leiden.
Zware pijlers: Zware pijlers vangen de zijkrachten op en ontlasten de muur. Dit principe is te zien in historische constructies zoals de koepel van het Pantheon in Rome, waar zes meter dikke pijlers het gewicht opvangen.
Stapelspanten: Het toepassen van een Japans stapelspant als bovenste dakconstructie kan de zijkrachten verminderen.
Muurankers: Het opnemen van balken tussen de muren en het bevestigen ervan aan de buitenzijde van de muren met muurankers biedt extra ondersteuning.
Kettingankers: Het toepassen van kettingankers die door de ramen en de muren lopen, zoals toegepast door bouwmeester Cuypers bij de restauratie van de RK kerk St. Jacobus de Meerdere in Den Haag, kan de constructie verstevigen.
Overstekken of uitkragingen: Het aanbrengen van overstekken of uitkragingen kan een deel van de zijwaartse krachten opvangen.

Druksterkte van Metselwerk en Eurocode 6

De druksterkte van metselwerk is een cruciale parameter bij het berekenen van de stabiliteit van constructies. De publicatie van Eurocode 6 heeft geleid tot vragen over de ingebouwde veiligheid en de aanbevolen parameters voor de sterktebepaling van metselwerk. Er wordt momenteel een proefprogramma uitgevoerd om de normalisatiewerken te ondersteunen en de druksterkte te bepalen. Gedetailleerde analyses van de bepaling en formulering van de druksterkte volgens Eurocode 6 en de parameters die in de Nationale Bijlage worden gehanteerd, zijn beschikbaar.

Materiaalsterkte en Veiligheidsfactoren

Bij het ontwerpen van constructies is het belangrijk om rekening te houden met de materiaalsterkte en de bijbehorende veiligheidsfactoren. Roestvrij staal van het type AISI 304 heeft een rekgrens van 29.000 PSI (200 N/mm²). Een reductiefactor van 0,6 wordt gebruikt bij de berekening van de belasting in de praktijk voor buiging, spanning en afschuiving. De weerstandscoëfficiënt voor afschuiving en/of buiging voor excentrische belastingen op bakstenen metselwerk in goede staat is 300 PSI (2,07 N/mm²). De som van de formules voor de gecombineerde spanningsinteracties mag niet hoger zijn dan 1,0.

Krachten in Constructies en Driehoeken

Bij het ontwerpen van constructies is het belangrijk om te begrijpen hoe krachten werken. Een brug of ander bouwwerk moet sterk en stevig zijn om instorting te voorkomen. De vorm en het materiaal dat wordt gebruikt, spelen een cruciale rol bij het bepalen van de sterkte en stevigheid van een constructie. Een driehoek is bijvoorbeeld sterker dan een vierkant of rechthoek.

Berekening van Zijdelingse Kracht en Kabelspanning

Bij het ophangen van een staalkabel waar een last aan hangt, is het belangrijk om de juiste dikte van de kabel te bepalen. De kabel moet de last kunnen dragen en mag niet te veel zijdelingse kracht uitoefenen op de bevestigingspunten. Voor een last van ongeveer 10 kg en een kabellengte van 100 m is het essentieel om de krachten te berekenen. De kracht die de kabel moet leveren, moet gelijk zijn aan de zwaartekracht die op de last werkt. Deze kracht kan worden ontbonden in componenten langs de touwen, en deze spanningskrachten worden vervolgens uitgeoefend op de haken in de muur.

Losrukweerstand en Boorgaten

De losrukweerstand op de omtrek van een boorgat is normaal gesproken 65 PSI (0,45 N/mm²), gebaseerd op een veiligheidsfactor van 4 tijdens belastingstests. Voor zeer dichte of gladde materialen, zoals graniet, kan deze waarde worden verminderd tot 30 PSI (0,21 N/mm²).

Conclusie

Zijkrachten vormen een belangrijke uitdaging bij het ontwerpen en onderhouden van metselwerkconstructies. Het begrijpen van de oorzaken, gevolgen en methoden om deze krachten te verminderen of af te leiden is essentieel voor het waarborgen van de stabiliteit en veiligheid van gebouwen. Het correct toepassen van Eurocode 6, het rekening houden met materiaalsterkte en veiligheidsfactoren, en het gebruik van geschikte constructietechnieken zijn cruciale stappen bij het voorkomen van scheurvorming en instorting.