Constructies
17/11/2008 | Scheuren in metselwerk
Scheuren in Metselwerk
Meestal hebben scheuren in metselwerk geen echt dramatische gevolgen, maar er zijn toch redenen genoeg om ze te vermijden. De oorzaak van scheuren is duidelijk: trekspanningen die te groot zijn om door de elasticiteit van het metselwerk opgevangen te worden. De redenen waarom de trekspanningen in metselwerk te hoog worden kunnen van diverse aard zijn. Vaak zijn ze ook complex en gaat het om een samenwerking van verschillende factoren. Men kan de oorzaken van die spanningen indelen in 'uitwendige' en 'inwendige'.
Uitwendige oorzaken
Indien het metselwerk onderworpen wordt aan belastingen waarvoor het niet berekend werd, of die zich in de loop der jaren wijzigen, dan kunnen gevaarlijke spanningen ontstaan. Het klassieke voorbeeld is de verzakking van een deel van het fundament. Dit soort scheuren is gemakkelijk te herkennen en bij zeer oude gebouwen volstaat het soms de scheuren te dichten om van het fenomeen verlost te zijn. Meestal is het verzakken van funderingen echter een langzaam maar continu proces, zodat de scheur na min of meer lange tijd opnieuw opduikt. Al even klassiek is de scheur ten gevolge van doorbuigende draagbalken of —vloeren. Aangezien de (variabele) verkeersbelasting vaak een belangrijke rol speelt in die doorbuiging, is men in de regel gedwongen dit soort scheuren, als ze eenmaal zijn ontstaan, ook te aanvaarden. Remedies achteraf bestaan niet. Het is uiteraard belangrijk funderingen en draagbalken zo te ontwerpen dat ze voldoende weerstand bieden tegen vervormingen. Indien dit niet mogelijk is, dan moet men op de juiste plaatsen de nodige elastische voegen voorzien. Het thema van de berekeningen kan echter niet in een kort tijdschriftenartikel behandeld worden, omdat de hele stabiliteitsleer hier aan bod komt.
Inwendige oorzaken.
Spanningen kunnen in het metselwerk zelf ontstaan, zonder uitwendige oorzaken. Aanleiding voor die inwendige spanningen zijn de lengteveranderingen die het metselwerk in de loop der jaren ondergaat. In een gebouw is metselwerk meestal star verbonden met andere bouwdelen, zodat de lengteveranderingen niet kunnen plaatsvinden en zo spanningen doen ontstaan. De voornaamste oorzaken van lengteveranderingen zijn temperatuur, vocht en wijzigingen in de chemische structuur van het materiaal. Temperatuur Baksteenmetselwerk heeft een thermische uitzettingscoëfficiënt 0,5.10-5 m/m. Dit komt neer op een lengteverschil van 0,5 mm per meter, voor een temperatuurswijziging van 100 °C. In ons klimaat kan men uitgaan van een gemiddelde jaartemperatuur van 10 °C. Een muur die blootgesteld is aan de buitentemperatuur, kan in extreem geval afkoelen tot —20 °C. De hoogste temperatuur die men kan meten op een Zuidermuur die een hele dag in de blakende zon heeft gestaan is ongeveer 50 °C. Men moet dus rekening houden met een maximale krimp overeenkomend met 30 graden, hetzij 0,15 mm/m. De maximale zwelling bedraagt 0,2 mm/m. Dat is niet erg veel, maar bij het ontwerpen van lange muren moet men er rekening mee houden. Ter vergelijking: betonmetselwerk en kalkzandsteen hebben coëfficiënten die twee maal zo hoog zijn. De lengteverandering bedraagt dus -0,3 mm/m en +0,4 mm/m. De uitzettingscoëfficiënt van metaal ligt nog hoger en bij metalen constructies is de dilatatie een uiterst belangrijk gegeven, zelfs voor korte bouwdelen. Vocht Net zoals hout zullen steenachtige materialen onder invloed van vocht krimpen en zwellen. Een baksteen heeft een vochtexpansie van ongeveer 0,1 mm/m. Dat betekent dat een volledig met water verzadigde muur 0,1 mm/m langer is dan een volledig droge muur. De vochtexpansie is dus minder belangrijk dan de thermische dilatatie. Bij beton en kalkzandsteen ligt de vochtexpansie andermaal twee tot vier maal hoger. Scheikundige invloeden In de loop der jaren kunnen bouwmaterialen veranderingen ondergaan die aanleiding geven tot lengteveranderingen. Bij keramische materialen zoals baksteen zijn die veranderingen vrijwel nihil en de ontwerper hoeft er geen rekening mee te houden. Bij cement- en kalkgebonden materialen kan de verhardingskrimp zeer groot zijn. In tegenstelling tot de lengteverandering onder invloed van temperatuur en vocht, is de verhardingskrimp irreversibel. Dat betekent dat "verse" materialen gedurende een zekere tijd krimpen, doch dat het verschijnsel na verloop van tijd ophoudt en het materiaal niet verder krimpt. Bij baksteenmetselwerk speelt de verhardingskrimp alleen een rol voor de mortelvoegen. Tijdens het bindproces gaat de mortel ook krimpen en in extreme gevallen zal men in de voegen microscheurtjes waarnemen. Baksteenmetselwerk dat uitgevoerd is met goede mortel, in niet-extreme weersomstandigheden heeft hiermee echter niet af te rekenen. Aanbevelingen Wie een studie maakt van de lengteveranderingen waaraan metselwerk onderhevig kan zijn, en van de spanningen die daarbij kunnen optreden, zal snel vaststellen, dat het probleem ernstig moet genomen worden. Bij baksteenmetselwerk valt het echter best mee. Baksteen is niet onderhevig aan verhardingskrimp en de invloed van vocht en warmte is slechts half of minder dan half zo groot als bij de andere metselmaterialen. Bovendien mag men ook de verschillende invloeden niet gewoon bij elkaar optellen. Zo zal men de grootste thermische expansie uiteraard vaststellen als de temperatuur maximaal is, maar dan is het metselwerk ook volledig droog, zodat de vochtexpansie op dat ogenblik nul is. In de praktijk kan men zich bij baksteenmetselwerk meestal beperken tot een onderzoek van de invloeden die temperatuursvariaties kunnen veroorzaken. En dan valt op, dat zeer grote lengten mogelijk zijn. Iedereen kent historische baksteengebouwen van zeer grote afmetingen die geen enkele dilatatievoeg hebben en blijkbaar probleemloos de eeuwen getrotseerd hebben. Een opvallend voorbeeld van lange muren vormen de tuinmuren uit baksteenmetselwerk. Tuinmuren hebben bijna nooit dilatatievoegen en kunnen buitengewoon lang zijn. De spanningen die door temperatuursveranderingen worden opgewekt zijn echter de enige longitudinale spanningen waaraan tuinmuren blootstaan, en blijkbaar zijn die niet hoog genoeg om scheuren te veroorzaken. (Daarmee is niet gezegd, dat tuinmuren probleemloze constructies zouden zijn. Blootstelling aan weer en wind veroorzaakt nog allerlei andere narigheid, die echter buiten het bestek van dit artikel valt.) De structuur van hedendaagse gebouwen is meestal niet homogeen, en dat zorgt wel voor bijkomende problemen. Een betonelement — bijvoorbeeld een balk - is onderhevig aan veel grotere dilataties dan baksteenmetselwerk en indien de twee star met elkaar verbonden zijn, dan zal het sterkste element zijn vervormingen opdringen aan het zwakste. In Nederland wordt meestal met spouwmuren gewerkt en in de praktijk er is er geen starre verbinding tussen het buitenblad en de inwendige structuur. Alleen als de lateien slecht ontworpen zijn, kan het parement vervormingen ondergaan en eventueel scheuren. Een klassiek geval is de betonlatei die zowel buiten- als binnenblad ondersteunt. Vaak ziet men dat het parement boven de latei scheuren vertoont. Sinds meer zorg wordt besteed aan het vermijden van thermische bruggen begint de gewoonte van de enkele latei echter in onbruik te geraken en komt dit probleem minder voor. Doch ook in de binnenmuren kan vaak scheuren vaststellen. Omdat de binnentemperatuur binnen minder extreme grenzen varieert, ligt de oorzaak hier meestal in de vochtexpansie en vooral in het gebruik van materialen die onderhevig zijn aan verhardingskrimp. Bijzonder gevoelig zijn ook hier de contacten tussen verschillende materialen. Wie bijvoorbeeld een deuropening in oud baksteenmetselwerk dichtmetselt met betonblokken hoeft niet verbaasd te zijn als het contact tussen 'oud' en 'nieuw' na enkele maanden verdwijnt wegens krimp van het betonmetselwerk. Meestal is het binnenpleisterwerk dan niet voldoende elastisch om onderliggende scheuren onzichtbaar te houden. Een ander voorbeeld is het gieten van een lange betonbalk tegen baksteenmetselwerk. Aangezien de betonbalk veel grotere bewegingen moet ondergaan, zal de verbinding tussen beton en metselwerk altijd slecht tot onbestaande zijn. Samenvattend kan men stellen dat homogene baksteenconstructies, mits behoorlijke funderingen, weinig of geen problemen stellen. Gebruikt men toch verschillende materialen door elkaar, dan moet men de problemen die door verschillen in dilatatiegedrag zullen optreden grondig bestuderen en er adequate oplossingen voor toepassen. De meest radicale en meest simpele is als men op alle plaatsen waar trekspanningen (zouden) kunnen optreden dilatatievoegen aanbrengt, dan heeft men het probleem opgelost. Erg dapper is die oplossing niet, elegant is ze zelden. Het vermijden van scheuren is niet altijd gemakkelijk, maar het is allesbehalve onmogelijk en de achteloosheid waarmee sommige ontwerpers te pas en te onpas hun gevels getuigt niet van eerbied voor hun vak.