Buigtreksterkte van metselwerk
Wat weet de metselaar of de aannemer nu echt van de sterkte van metselwerk? Vrijwel nooit zullen ze zich daar echt zorgen over maken. Dat doen ze pas op het moment dat het door hen gerealiseerde metselwerk scheurt of bezwijkt en bijvoorbeeld blijkt dat de mortel niet (voldoende) gehecht heeft aan de steen. Op dat moment worden er meestal vele scenario’s geschetst en wordt het metselen van een muur ineens heel complex. Het begint vaak al meteen bij de mortel of de steen, waarbij in eerste instantie de vraag gesteld wordt of deze wel goed op elkaar afgestemd zijn. Meteen aansluitend komt dan vaak de vraagstelling of deze producten wel onder de juiste omstandigheden en op de juiste wijze zijn verwerkt. Er wordt naar elkaar gewezen en gekeken, waarbij het vaak niet gemakkelijk is om meteen aan te geven wat de oorzaak van de slechte hechting precies is.
Wet Kwaliteitsborging
De aannemer en metselaar zijn over het algemeen niet voldoende op de hoogte van de normen en richtlijnen, maar moeten wel metselwerk maken dat voldoet aan de daarin opgenomen eisen. Tot op heden ontkomen ze meestal redelijk goed aan de gevolgen wanneer er iets mis gaat. Maar af en toe gaat dit niet zonder gevolgen en in de toekomst zou dit wellicht ook nog kunnen veranderen. Zeker in deze tijd van veranderende bouwwetgeving in Nederland, waarbij de Wet Kwaliteitsborging per 1 januari 2024 in werking is getreden, kan de benodigde sterkte van metselwerk een belangrijker aspect gaan worden. De aannemer en metselaar zullen steeds directer aangesproken worden over de kwaliteit en eigenschappen van het gerealiseerde metselwerk. De eisen die aan de eigenschappen van metselwerk gesteld worden zijn helder en liggen vast in Europese normen. Vaak moet er in de bouw eerst iets gebeuren, alvorens er goed gekeken wordt hoe het precies in normen en richtlijnen is vastgelegd.
Klamp of Braziliaans metselwerk
Voor iedere gevel, tuinmuur, (binnen)wand of ander soort metselwerk gelden basiseisen die vastliggen in normbladen, richtlijnen en regelgeving. Eén van de eisen die vanuit de norm aan metselwerk gesteld wordt is een minimale buigtreksterkte. Wanneer er zijdelingse belastingen op wanden komen, bijvoorbeeld windbelasting, moet het metselwerk dit op kunnen nemen en vaak via verankeringen of aansluitingen over kunnen brengen naar de hoofddraagconstructie. Wanneer er aan gemetselde wanden gerekend moet worden, mogen voor de sterkte minimale waarden uit de metselwerknorm aangehouden worden. Er dient dan wel aangetoond te worden dat aan de voorwaarden voor het toepassen van deze minimale waarden wordt voldaan.
De sterkte van metselwerk is dus niet alleen belangrijk voor constructieve dragende wanden, maar zeker ook voor gevels. In het bijzonder gemetselde gevels met bijvoorbeeld klamp verwerkte bakstenen of Braziliaans metselwerk (opengewerkt metselverband). In het geval van dit soort speciaal metselwerk worden soms wel vragen gesteld over de sterkte en over het eventueel toepassen van een specifieke steen-mortelcombinatie. In dat soort situaties kan het dan dus mogelijk zijn dat er aangetoond dient te worden dat een steen-mortelcombinatie voldoet aan de sterkte-eisen die hieraan vanuit de norm gesteld worden en dus ook de buigtreksterkte van dit soort metselwerk.
Sterkte van metselwerk
Ten aanzien van de sterkte van metselwerk wordt er vaak gerefereerd aan een minimaal te behalen hechtsterkte tussen mortel en steen. Maar wanneer we gaan kijken naar berekeningen dan wordt er gerekend met een buigtreksterkte en niet met hechtsterkte. Hechtsterkte komt niet voor in de uit te voeren berekeningen volgens de Eurocode. Alleen in de beoordelingsrichtlijn voor metselmortels, de BRL 1905, is de hechtsterkte als eigenschap nog opgenomen. In deze BRL is de hechtsterkte nog een eigenschap waar eisen aan gesteld worden en in bijlage I ook nog een proef omschreven is om deze hechtsterkte te bepalen (de kruisproef genaamd). De minimaal te behalen hechtsterkte in deze BRL is in tabel F.2 gesteld op 0,2 N/mm2 voor gevelmetselwerk en 0,1 N/mm2 voor metselwerk binnen. In de DoP (‘Declaration of Performance’ en in het Nederlands Prestatieverklaring) van een metselmortel wordt vaak een waarde voor de hechtsterkte of initiële schuifsterkte gedeclareerd, maar dit is een producteigenschap en niet meteen vanzelfsprekend op basis hiervan de vereiste buigtreksterkte in ieder metselwerk behaald wordt. De op basis van de NEN-EN 1998-2 ‘Mortels voor metselwerk’ gedeclareerde waarde voor de schuifsterkte is meestal een tabelwaarde, afkomstig uit bijlage C van deze productnorm. Of deze waarde behaald wordt is de verantwoordelijkheid van de producent en deze waarde moet ook niet verward worden met de buigtreksterkte of de schuifsterkte van metselwerk.
Buigtreksterkte proeven
Metselwerk moet voldoen aan de eisen in de NEN-EN 1996-1-1 en in Nederland aan de aanvullende eisen in de bijbehorende Nationale Bijlage. Ten aanzien van de sterkte van het te realiseren metselwerk is in NEN-EN 1996-1-1 in artikel 3.2.3.2 het volgende vastgelegd: ‘De hechting tussen de mortel en de metselsteen moet geschikt zijn voor de voorgenomen toepassing’. Dit klinkt vrij algemeen en een beetje vanzelfsprekend, maar het is uiteraard wel heel belangrijk. Er wordt dan ook nog de opmerking gemaakt dat ‘een geschikte hechting afhankelijk is van de soort mortel en de stenen waarbij de mortel is gebruikt’. In dezelfde norm is in artikel 3.6.4 ook nog vastgelegd dat: ‘De karakteristieke waarde van de buigtreksterkte mag zijn gelijkgesteld aan de karakteristieke waarde van de korteduur‐buigtreksterkte. De karakteristieke buigtreksterkten van metselwerk, fxk1 en fxk2, moeten zijn bepaald uit de resultaten van proeven op metselwerkproefstukken’. Er zijn twee genormaliseerde proeven die uitgevoerd kunnen worden, te weten een vierlijnsbuigproef (NEN‐EN 1052‐2 ) of een hefboomproef (NEN-EN 1052-5). In NEN-EN 1996-1-1 is als alternatief nog opgenomen dat de ‘resultaten mogen zijn verkregen van proeven die voor het project zijn uitgevoerd of uit een bestand van proefresultaten. Als proefresultaten niet beschikbaar zijn, mogen, onder voorwaarde dat de lijmmortel of de lichtgewichtmortel behoort tot sterkteklasse M5 of hoger, waarden van de karakteristieke buigtreksterkte van metselwerk vervaardigd met mortel voor algemene toepassing, lijmmortel of lichtgewichtmortel zijn ontleend aan de tabellen in opmerking 3’. In het geval van fxk1 wordt in de betreffende tabel echter een waarde vermeld die lager is dan de minimaal vereiste waarde volgens de Nederlandse Nationale Bijlage en zodoende kan deze tabel in Nederland niet gehanteerd worden.
Waarden van de buigtrekstserkte
In NEN-EN 1996-2 is ten aanzien van de blootstellingscondities op microniveau voor voltooid metselwerk een indeling gemaakt. Op basis van deze indeling valt gevelmetselwerk in milieuklasse MX3.2. Volgens Tabel NB-1 van NEN-EN 1996-2 moet de buigtreksterkte evenwijdig aan de lintvoegen van het metselwerk in deze milieuklasse minimaal 0,3 N/mm2 zijn. De buigtreksterkte loodrecht op de lintvoegen moet minimaal zo groot of groter zijn.
Wanneer aan een aantal voorwaarden wordt voldaan, mogen hogere waarden voor de buigtreksterkte van metselwerk toegepast worden. Wanneer dit specifiek als prestatie-eis is voorgeschreven in het bestek of soortgelijke stukken, kan het dus ook zo zijn dat er met andere waardes voor de buigtreksterkte gerekend mag worden. In de NPR 9096-1-1 is in artikel 3.6.3 het volgende opgenomen: ‘De karakteristieke waarden van fxk1 en fxk2 die zijn gegeven in tabel 4, zijn afgeleid uit de minimumeisen aan de buigtreksterkte volgens tabel NB-1 van NEN-EN 1996-2. Bij het opstellen van tabel 4 zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd:
- de overlappingslengte in het metselwerkverband is ten minste gelijk aan 0,8 maal de muurdikte;
- de buigtreksterkte van de stenen, ffl,b,k, is ten minste gelijk aan:
- 2,0 N/mm2 bij baksteen;
- 2,0 N/mm2 bij betonsteen;
- 1,5 N/mm2 bij kalkzandsteen;
- de buigtreksterkte van de stenen is bepaald volgens bijlage NB-B;
- de druksterkte van het metselwerk van cellenbeton is ten minste 3,0 N/mm2.
In NEN-EN 1996-2 zijn voor het verkrijgen van voldoende duurzame sterkte minimumeisen gesteld aan de buigtreksterkte van metselwerk. In het bijzonder bij de toepassing van lijmmortels bij groep 1 stenen zijn hogere waarden mogelijk. De hogere waarden in tabel 4 voor lijmmortel bij aanvullende specificatie, zijn gebaseerd op de waarde voor fxk1 gelijk aan 0,6 N/mm2, welke hogere waarde in het bestek behoort te zijn voorgeschreven’. Let goed op met het toepassen van de hogere waarden voor de buigtreksterkte volgens de NPR 9096-1-1, want hier worden heel duidelijk voorwaarden aan gekoppeld. Wanneer hier niet aan voldaan wordt moeten proeven uitgevoerd worden. Ook in het geval van speciale mortel-steencombinaties worden soms proeven gedaan om aansluitend bijvoorbeeld te mogen rekenen met een hogere waarde voor de buigtreksterkte.
Hechtproeven op de bouwplaats
In het verleden is het altijd heel gebruikelijk geweest om op de bouwplaats een paar eenvoudige proeven uit te voeren om inzicht te verkrijgen in de hechting van mortel en stenen. Voor historisch metselwerk zijn deze proeven nog steeds voorgeschreven in de URL 4003, te weten een 1-minuutproef en een 10-minutenproef. In het geval van de 1-minuutproef moeten twee bakstenen op elkaar gemetseld worden en na 1 minuut van elkaar getrokken worden. Aan beide stenen moet dan specie blijven kleven, zodat duidelijk is dat de mortel goed aan de steen hecht en dus de vochtigheid in orde is. Als dit niet het geval is dan moet de waterdosering van de mortel aangepast worden of moeten de stenen nat gemaakt worden. In het geval van de 10-minutenproef moeten ook twee stenen op elkaar gelijmd worden en na 10 minuten moet het proefstuk aan de bovenste steen opgetild worden. Als de onderste steen blijft hangen dan is de afstemming van mortel op steen, de waterdosering en de voorbevochtiging goed. Wanneer de onderste steen loskomt dan is de afstemming van de mortel op de steen mogelijk niet goed of moet de waterdosering of voorbevochtiging van de stenen aangepast worden. Dit soort eenvoudige proeven zijn er om inzicht te krijgen over de hechting van de mortel en steen. Dit soort proeven worden in het geval van regulier metselwerk bijna nooit meer uitgevoerd.
Ga niet pas nadenken over de sterkte van het gevelmetselwerk als er een gemetselde gevel is ingestort. Besteed hier al in het voortraject van de bouw voldoende aandacht aan, stem de mortel goed af op de stenen en doe in het geval van twijfel de benodigde proeven. De norm is ten aanzien van de buigtreksterkte van gevelmetselwerk (milieuklasse 3.2) heel duidelijk en deze moet minimaal 0,3 N/mm2 zijn voor een bezwijkvlak evenwijdig aan de lintvoegen. Aangezien ook weersomstandigheden van invloed zijn op deze hechting, is het aan te raden om gedurende de uitvoering, bijvoorbeeld via een 1-minuutproef, regelmatig een hechtproef uit te voeren. Mochten er grote twijfels zijn over het gerealiseerde metselwerk dan kan overwogen worden om in het werk enkele hefboomproeven uit te laten voeren. Door deze proeven ook allemaal goed vast te leggen, wordt in ieder geval voorkomen dat dit aspect tot discussies zou kunnen leiden.
