Voorafgaande ankerproeven: de proefbelasting berekenen

Een voorafgaande proef is een proef op de bouwplaats met 5 ankers die aantoont of een anker de karakteristieke belasting N_Ek (de onvermenigvuldigde belasting) kan dragen in een ondergrond waarvoor de fabrikant geen gegevens heeft. BS 8539:2012+A1:2021 noemt dit de vereenvoudigde methode voor proeven ter bepaling van de toelaatbare weerstand, in Annex B.2.3.1.

Deze proef wordt toegepast als er voor de ondergrond geen anker met een relevante Europese Technische Beoordeling (ETA) beschikbaar is, wat in de praktijk meestal betekent metselwerk, of als de staat van het beton twijfel oproept over de waarden in de ETA. Het anker moet wel een type zijn dat de fabrikant goedkeurt voor die categorie ondergrond. De 5 ankers worden alleen tot de proefbelasting belast, niet tot bezwijken, zodat de proeven minder schade veroorzaken dan bezwijkproeven. Zie wanneer u op de bouwplaats moet beproeven.

De ankers voor een voorafgaande proef worden speciaal daarvoor geplaatst en nooit in het werk gebruikt. Plaats ze in een ondergrond die overeenkomt met het werk, op een plek waar eventuele schade de constructie niet aantast en hersteld kan worden. Houd ze ruim uit de buurt van ankers die gebruikt worden, en nooit dichterbij dan 3 × h_ef waar de ruimte beperkt is.

De proefbelasting is de karakteristieke belasting vermenigvuldigd met een proeffactor, gedeeld door de reductiefactor α_dist en de omstandigheidsfactor Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (vergelijking B.4 van BS 8539)

• N_Ek, de karakteristieke belasting, is de belasting die het ontwerp op één anker zet, zonder veiligheidsfactoren. De voorschrijver levert deze waarde aan.
• ν_test, de proeffactor, hangt af van het ankermateriaal, de ondergrond en of de belasting langdurig of kortdurend is. Zie de tabel hieronder.
• α_dist, de reductiefactor, houdt rekening met steunpunten van de brug die zo dicht bij het anker staan dat ze de ondergrond kunnen samenhouden en het resultaat verhogen. Hij is 1.0 als de poten ver genoeg uit elkaar staan. Zie een brug kiezen.
• Ω, de omstandigheidsfactor, houdt rekening met verschillen tussen de proef en het werkelijke gebruik, zoals beproeven in droge omstandigheden voor een anker dat nat zal worden. De voorschrijver bepaalt Ω.

Onze proefbelastingcalculator doorloopt deze stappen voor u.

Nylon ankers krijgen hogere factoren vanwege kruip. Onder langdurige belasting vervormt nylon langzaam, waardoor een anker dat de testbelasting korte tijd doorstaat in de praktijk toch bij een lagere belasting kan bezwijken.

De voorschrijver kiest Ω door na te gaan hoe het werkelijke gebruik van het anker afwijkt van de proef. Elk antwoord levert een waarde op:

• Hoe lang werkt de belasting? Voor kortstondige belastingen, zoals verankering van steigers of voor werken op hoogte, Ω = 1,0. Voor een blijvende trekbelasting, Ω = 0,9.
• Wordt het anker in gebruik natter of warmer dan bij de proef? Als het in gebruik nat wordt maar droog is getest, Ω = 0,8. Als het warmer wordt dan het normale gebruikstemperatuurbereik van de fabrikant maar bij normale temperatuur is getest, Ω = 0,8.
• Kunnen de gebruiksankers op een zwakkere plek terechtkomen dan de testankers? Op een gestucte of gepleisterde muur, waar de voegen niet zichtbaar zijn of de ankers niet binnen de stenen kunnen worden geplaatst, terwijl de testankers in massieve baksteen zitten, Ω = 0,75.
• Is het beton gescheurd? Voor een anker dat is ontworpen voor beton in de trekzone, Ω = 0,7.

Als meer dan één situatie van toepassing is, geeft de voorschrijver één Ω-waarde voor het geval. Deze handleiding geeft geen regel voor het combineren ervan; raadpleeg de voorschrijver.

αdist hangt af van de steunafstand adist en de effectieve verankeringsdiepte hef. adist wordt gemeten tot de as van puntvormige steunpunten, of als de vrije breedte tussen doorlopende steunen. De waarden van Staht, 127 mm voor de standaardbruggen t25 en t60 en 375 mm en 575 mm voor de bredere bruggen, zijn de vrije afstand tussen de voeten in de lengterichting van de brug (Staht-datasheets), de basis die ook de gepubliceerde brugtabel van de branche hanteert. Dat is aan de veilige kant: de voeten van een vierpotige brug staan in werkelijkheid verder van het anker, dus de vrije afstand geeft een iets hogere testbelasting, nooit een lagere.

Tot h_ef = 150 mm. Als adist minstens 3 × hef is, geldt αdist = 1,0. Als adist kleiner is dan 3 × hef maar groter dan 1,5 × hef, geldt αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (vergelijking B.12 van BS 8539). BS 8539 begrenst de benodigde afstand ook tot 450 mm, maar tot hef = 150 mm is 3 × hef nooit meer dan 450 mm, dus die grens verandert de uitkomst niet. Is adist 1,5 × hef of minder, dan is de brug te smal voor deze methode: gebruik een bredere. In beton moet bij een voorafgaande test bovendien het dichtstbijzijnde steunpunt meer dan 1,0 × hef van het anker staan, zoals in rekenvoorbeeld B wordt gecontroleerd.

Dieper dan 150 mm. Vergelijking B.12 is niet van toepassing. Houd in beton het dichtstbijzijnde steunpunt minstens 1,5 × hef van het anker, wat neerkomt op een adist van minstens 3 × hef. In metselwerk gelden de regels voor bakstenen en blokken. Volgens EOTA TR 053 is geen reductie nodig in meerlaagse muren van kleine massieve stenen, zoals massieve baksteen, mits de steunpunten meer dan 1,5 × hef uit elkaar staan en ruimte laten voor het bezwijkmechanisme. Zie een brug kiezen.

hef is de diepte tot het laagste punt waarop het anker grip heeft in de ondergrond. Neem voor nylon pluggen hef als 50% van de nominale verankeringsdiepte.

Een chemisch anker in massieve baksteen draagt een blijvende trekbelasting. De voorschrijver geeft NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm en één Ω van 0,9 voor de blijvende belasting. ν_test voor een niet-nylon anker in metselwerk bij langdurige belasting is 4.

Met de Staht t25 standaardbrug (steunafstand a_dist = 127 mm, de vrije afstand tussen de voeten in de lengterichting van de brug (Staht-datasheet)):

• 3 × hef = 180 mm, wat meer is dan 127 mm, dus αdist is van toepassing. 127 mm is meer dan 1,5 × h_ef (90 mm), dus vergelijking B.12 geldt.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

Met de Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm is meer dan 3 × hef (180 mm), dus αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

De bredere brug neemt de reductie weg, zodat de ankers tot 4,00 kN worden getest in plaats van 4,86 kN. Zet in metselwerk de voeten van de brug op de stenen naast de steen met het anker. Zie testen in metselwerk.

Ankers voor werk op hoogte gaan in ouder beton waarvan de staat twijfelachtig is, dus de voorschrijver vraagt om voorafgaande tests. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, kortdurende belasting, dus Ω = 1,0. ν_test voor een niet-nylon anker in beton bij kortdurende belasting is 2.

• Met de Staht t60 standaardbrug is adist = 127 mm, de vrije afstand tussen de voeten in de lengterichting van de brug (Staht-datasheet). Dat is minder dan 3 × hef (150 mm) en meer dan 1,5 × h_ef (75 mm), dus vergelijking B.12 is van toepassing.
• Het dichtstbijzijnde steunpunt, op 63,5 mm, ligt verder dan 1,0 × h_ef (50 mm), zoals voorafgaande tests in beton vereisen bij belasten tot de testbelasting.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Nylon pluggen bevestigen een tijdelijke bouwschutting aan ouder beton waarvan de staat twijfelachtig is, dus de voorschrijver vraagt om voorafgaande tests. NEk = 0,4 kN, kortdurende belasting, dus Ω = 1,0. De nominale verankeringsdiepte is 70 mm, dus hef = 35 mm. ν_test voor nylon bij kortdurende belasting is 3,5.

• Met de Staht t25 standaardbrug is adist = 127 mm, de vrije afstand tussen de voeten in de lengterichting van de brug (Staht-datasheet). Dat is meer dan 3 × hef (105 mm), dus α_dist = 1,0.
• Het dichtstbijzijnde steunpunt, op 63,5 mm, ligt verder dan 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Als alle 5 ankers de testbelasting houden, mag de karakteristieke belasting worden aangehouden als de toelaatbare weerstand in die ondergrond: NR,all = NEk (vergelijking B.5 van BS 8539). Het anker kan dan bij die belasting worden gebruikt.

Haalt een anker de testbelasting niet, dan beslist de voorschrijver over het vervolg, aan de hand van twee vragen. Kan het werk eenvoudig meer ankers krijgen, bijvoorbeeld door ze dichter bij elkaar te zetten? En bezweek het anker dicht bij de testbelasting, bijvoorbeeld boven 0,8 × N_test?

• Twee keer ja: behoud het anker en gebruik er meer van, bij een lagere toelaatbare weerstand, berekend zoals hieronder.
• Eén keer nee: pas de specificatie aan, naar een grotere diameter, diepere verankering of een ander type anker, en voer daarop een nieuwe reeks voorafgaande tests uit.

De lagere toelaatbare weerstand berekenen:

1. Belast alle 5 testankers langzaam tot bezwijken en noteer bij elk de belasting bij de eerste verplaatsing. Om de constructie te sparen kunt u stoppen bij ongeveer 1,0 mm verplaatsing en die belasting als bezwijkbelasting tellen.
2. Uit de gemiddelde bezwijkbelasting Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (vergelijking B.6).
3. Uit de laagste bezwijkbelasting Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (vergelijking B.7).
4. Neem de laagste van de twee, met als maximum de gemiddelde belasting bij eerste verplaatsing N_1st,m.
5. Verhoog het aantal ankers: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (vergelijking B.8), waarbij n0 het oorspronkelijk geplande aantal is. Rond naar boven af.

In voorbeeld A met de t25-brug was de testbelasting 4,86 kN. Eén anker bezwijkt bij 4,2 kN, wat boven 0,8 × 4,86 = 3,89 kN ligt, en het werk kan meer ankers krijgen. Alle 5 worden tot bezwijken belast: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 en 6,4 kN. De gemiddelde belasting bij eerste verplaatsing is 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, en Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Uit het gemiddelde: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Uit de laagste: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, de laagste waarde. Die ligt onder N1st,m (2,3 kN), dus blijft staan.
• Er waren 24 ankers gepland: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, dus zijn er 28 ankers nodig.

BS 8539 geeft drie andere routes, elk gebaseerd op tests tot bezwijken.

• Geen ETA, statistische benadering (bijlage B.2.3.2): 5 tot 15 ankers worden tot bezwijken belast. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, waarbij NRu,m de gemiddelde bezwijkbelasting is, v de variatiecoëfficiënt (niet meer dan 30%) en K een statistische factor: 3,40 bij 5 tests, 2,57 bij 10 en 2,33 bij 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, niet meer dan N_1st,m. De voorschrijver kiest ν, bijvoorbeeld 3 tot 4 voor statische belastingen, of 5 voor nylon pluggen.
• ETA-anker in metselwerk buiten de ETA, 5 tot 15 tests (bijlage B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, met β uit de ETA (1 als er geen wordt gegeven), niet meer dan de karakteristieke weerstand uit de ETA. Hier neemt β de plaats van Ω in. Dan NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, met γM uit de ETA en γF 1,35 voor permanente belastingen, 1,5 voor veranderlijke belastingen of 1,4 waar die onbekend of gemengd zijn, en niet meer dan N1st,m.
• ETA-anker, 15 of meer tests (bijlage B.2.2): de testmethode op de bouwplaats uit het betreffende European Assessment Document (EAD) en het bijbehorende EOTA Technical Report.

Hoe meer ankers tot bezwijken worden getest, hoe hoger de toelaatbare weerstand doorgaans uitvalt, maar tests tot bezwijken richten meer schade aan.