OSB van 18 mm? Veel te zwak!

Mooie presentatie dat ik daar vind in die brochure. En zou die oplossing voldoende zijn? Toch maar even uitrekenen, voor de zekerheid.

Als dat gebeurt, en dat doet het naar mijn smaak nogal vaak, dan ben ik vertrokken voor een onthullend en onthutsend drama. Meer dan eens worden alle zekerheden weggeslagen en moet ik alles wat ik voor waar aannam opnieuw in vraag stellen. Oplossingen die via allerlei betrouwbaar ogende bronnen werden voorgesteld als deugdelijk, blijken de toets van de stabiliteitsberekening niet te doorstaan. Ik ben in essentie iemand die graag vertrouwen geeft. Maar toch land ik nogal vaak bij de volgende existentiële vraag:


“Ben ik nu écht de enige die dit gecheckt heeft?”

Wat een pech!

Soms zit het mee, soms zit het tegen. Dan heb je jezelf voorgenomen om te schrijven over de noodzakelijke diktes van een OSB-beplating voor een houten vloerplaat, vind je je Duitse referenties niet meer terug. Ik ben er nochtans zeker van dat ik ergens gelezen heb dat men in Duitsland OSB-platen van minstens 25 mm gebruikt om weerstand te bieden tegen de optredende schuifspanningen bij puntlasten. Wat ik wel aantrof, is dat men daarbij uitgaat van een puntlast van 1 kN (100 kg). In België is dit 2 kN (200 kg). Dat is dubbele pech!

Natuurlijk kan men zich afvragen of een puntlast van 2 kN niet wat veel is. Persoonlijk vind ik van niet. Het is deze eis die er voor zorgt dat je in je huis normale zaken kunt plaatsen, zoals een buffetpiano of een boekenkast. Anderen denken dan misschien eerder aan een loopband of een badkuip. Opgepast, als je denkt aan een vleugelpiano, een jacuzzi, een waterbed of een opslagvat voor een zonneboiler, dan moet je je ingenieur hiervan op de hoogte stellen.

Schuifspanningen?

Wanneer een constructieonderdeel belast wordt, kunnen er in het materiaal schuifspanningen ontstaan. Bij te hoge spanningen kan het materiaal het begeven, doordat stukken ten opzichte van elkaar beginnen te verschuiven. Omdat hout en uit hout samengestelde materialen hiervoor extra gevoelig zijn, is een controle hierop geen overbodigheid. Het is een gevolg van het vezelig karakter van hout.

De hoogste schuifspanningen verkrijgt men wanneer men de puntlast vlak naast een steunpunt plaatst. In die situatie wordt nagenoeg de gehele belasting overgedragen via de plaat naar het steunpunt. Dat heeft als gevolg dat men de schuifspanningen niet noemenswaardig kan verkleinen door bijvoorbeeld de vloerbalken dichter bij elkaar te plaatsen.

Sociaal bewijs

Het is eigenlijk niet moeilijk om misleid te worden. Als zelfs een veel geciteerd boek als ‘Structural Timber Design’ op nonchalante wijze een OSB-beplating van 18 mm tussen de rekenvoorbeelden gooit, waarom zou je dan niet geneigd zijn om deze opvatting als normaal te beschouwen. Ook als je begint te grasduinen in allerlei productcatalogussen, dan zal je merken dat dikkere platen niet of nauwelijks te vinden zijn. Dus iets exotisch, denk je dan maar? Stiekem begint daar een vorm van ’peer pressure’ of ‘sociaal bewijs’ door te dringen. Ik zal me wel vergissen, er zal wel een reden voor zijn.

Traditionele houten vloeren

Toch begint daar iets te knagen. Ikzelf woon in een huis van pakweg 100 jaar oud. Heel juist weet ik het nog niet, dat bezoek aan het stadsarchief blijf ik maar uitstellen. De houten roostering is dichtgelegd met zogenaamde duimse planken. Dus gezaagd op 25,4 mm dikte, waarbij na drogingskrimp en vlakschaven nog zo’n 22 mm overblijft. Naaldhout.

Nu scoort naaldhout, zelfs ingedeeld in een relatief zwakke sterkteklasse zoals C16, beter op zowat alle relevante parameters in vergelijking met houten plaatmaterialen, zoals OSB of spaanplaten. Dat geldt zowel voor sterktekenmerken als voor vervormingseigenschappen. Dat is zo voor kruip als voor het handhaven van de sterkte op lange termijn. Dus als men op een gegeven moment besluit om de traditionele beplanking te vervangen door houten plaatmateriaal, dan zou men verwachten dat men de zwakkere kenmerken compenseert door een hogere dikte. Een plaatdikte van 22 mm zou dan een minimum zijn.

Dan maar even narekenen

Dus, ik vind mijn referenties niet meer terug. Geen nood, ik maak er wel even een rekenmodelletje van. Simpel, een plaat OSB-3 van 25 mm dik, afmetingen 1,25 m x 1,25 m. Ik laat het steunen op drie lijnen, die de vloerbalken moet voorstellen. De aslijnen van vloerbalken hebben een tussenafstand van 625 mm.

Hierbij moet men weten dat de waarde van de schuifspanningen niet hoger mag zijn dan 0,58 N/mm².

Screenshot resultaat eindige elementen analyse.
OSB-3 25 mm op stijve steunlijnen; schuifspanning tau-xz in N/mm²

Dat valt dus dik tegen.

Alvast één les geleerd. OSB-3 van 25 mm is niet geschikt als vloerbeplating bij een plaatsing op stijve steunpunten.

Een complexer rekenmodel

Gelukkig is in houtbouw niet alles heel stijf. Dat is vaak een nadeel, maar hier net een voordeel. Ik vervang de steunlijnen door houten balken C24 met een sectie van 80 mm x 160 mm. De vrije randen van de plaat laat ik ondersteunen door een verende oplegging, die overeenkomen met een randbalk of tussengeplaatste klossen. Ik heb de berekening gedaan voor OSB-3 en voor spaanplaat P5. Deze laatste omdat deze een betere weerstand heeft tegen de vermelde schuifspanningen. Op deze manier kan ik het gedrag beschrijven van een plaat boven ‘het kleinste kamertje’; deze situatie komt dus voor in elk houten huis.

Voor de kenners

Zowel platen als balken zijn gemodelleerd als tweedimensionale, eindige elementen. De houten balken en de OSB-beplating zijn ingegeven als een orthotroop materiaal. De spaanplaten zijn isotroop.

De houten balken hebben sterkteklasse C24. Sectie 80 x 160 mm². Ter plaatse van de steunpunten is onderaan een scharnier geplaatst. Bovenaan verhindert een aangepaste scharnier de horizontale uitwijking dwars op de balkrichting. Op deze manier wordt een zogenaamde vorkoplegging gemodelleerd.

Op de vrije randen rust de plaat op een randbalk of klos, C24 80 x 160 mm². De veerconstante is als volgt berekend. 370 N/mm² x 80 mm x 1000 mm/m / 160 mm = 185000 kN/m².

De platen zijn in elastisch met de balken verbonden, om zo het vervormingsgedrag van de genagelde verbinding na te bootsen. 5200 kN/m² bij de zijdelingse balken, 2600 kN/m² bij de middelste balk.

De karakteristieke belasting is 2 kN, geplaatst op een vierkant van 50 x 50 mm², overeenkomstig met EC 1 ANB. Dat leidt plaatselijk tot een karakteristieke belasting van 800 kN/m². Om rekening te houden met een lastenspreiding in de dekvloer, ben ik uitgegaan van een chape van 50 mm – 20 kN/m³ – 1 kN/m². De tangens van de spreidingshoek speculeer ik op 0,5. Dat leidt tot een belaste oppervlak van 100 x 100 mm², hetzij 200 kN/m². De belastingen zijn geplaatst op de afstand van één plaatdikte van de balkrand.


Rekenwaarde van de rolweerstand, bij middellange belasting en klimaatklasse 1.
OSB-3 (>18-25 mm): 1,0 x 0,70 / 1,2 = 0,58 N/mm².
Spaanplaat P5 (>20-25 mm): 1,5 x 0,65 / 1,3 = 0,75 N/mm².
Spaanplaat P5 (>25-32 mm): 1,3 x 0,65 / 1,3 = 0,65 N/mm².

Onvindbare materialen

Eerst heb ik gekeken welke diktes ik nodig heb als ik de puntlast rechtstreeks op de beplating laat aangrijpen. Hieruit bleek dat de OSB-beplating 36 mm dik moet zijn. Voor de spaanplaat P5 blijft dit beperkt tot 32 mm. Voor deze banale case moet ik dus beroep doen op onvindbare materialen. Men vindt deze diktes niet terug als standaardwaarde in de onderzochte catalogi. Bovendien zijn er voor OSB-platen dikker dan 25 mm geen prestatieverklaringen te vinden, en heb ik hiervoor beroep moeten doen op aangenomen, niet gevalideerde kenmerken.

Screenshot resultaat eindige elementen analyse.
OSB-3 36 mm op vloerbalken; schuifspanning tau-xz in N/mm²
Screenshot resultaat eindige elementen analyse.
Spaanplaat P5 32 mm op vloerbalken; schuifspanning tau-xz in N/mm²

Een vuile oplossing

Om toch tot een oplossing te komen, heb ik ermee rekening gehouden dat de vloerplaat afgewerkt wordt met een dekvloer of een gelijkaardig systeem, dat toelaat het effect van de puntlast wat te spreiden. Voor OSB ben ik dan geland op de nog steeds exotische dikte van 28 mm. Ook voor de spaanplaat ben ik geland op 28 mm, maar dat is omdat bij deze case de normaalspanningen als gevolg van het buigmoment maatgevend worden. Deze kan men gemakkelijk beperken door de vloerbalken dichter bij elkaar te plaatsen. Om de schuifspanningen te beheersen heeft men slechts een plaat van 22 mm nodig, wat courant beschikbaar is.

Screenshot resultaat eindige elementen analyse.
OSB-3 28 mm op vloerbalken; schuifspanning tau-xz in N/mm²
Spaanplaat P5 28 mm op vloerbalken; schuifspanning tau-xz in N/mm²
Spaanplaat P5 22 mm op vloerbalken; schuifspanning tau-xz in N/mm²; balken op kortere tussenafstand

Toch is dit een ‘vuile’ oplossing. Het rekenen op lastenspreiding door de dekvloer verdient geen schoonheidsprijs. Het komt erop neer dat men als ingenieur voorwaarden gaat opleggen aan een gebouwelement, de dekvloer, dat traditioneel niet gezien wordt, door het publiek, als deel uitmakend van de dragende structuur. Omdat een dekvloer geen constructie-element is, is elke aanname van een spreidingswet louter speculatief. Voor echte constructiematerialen kan men hiervoor beroep doen op geschikte normen.

De facto zal de dekvloer op deze manier echter een essentiële functie krijgen om de betrouwbaarheid van de constructie te handhaven. Men creëert daarmee een situatie waarbij men, strikt genomen, een bouwvergunning moet aanvragen als men een leidingsleuf wilt slijpen in de dekvloer. Terwijl dat net een typische functie is van een dekvloer.

De Belgische wet verplicht immers de medewerking van een architect als werken aan een gebouw de oplossing van een stabiliteitsprobleem vereisen. De bouwheer zal ook moeten dulden dat de architect zijn controleopdracht minstens opneemt tot aan de voltooiing van de dekvloer. Dat kan wel eens in conflict komen met situaties waarbij men casco wil opleveren. Verder komen er genoeg banale situaties voor, waarbij men er niet aan denkt om een dekvloer te plaatsen. Men denkt daarbij bijvoorbeeld aan terrasdaken, zoldervloeren en computervloeren in kantoren.

Het toekennen van een stabiliteitsfunctie aan de dekvloer, beperkt naar mijn mening op buitenproportionele wijze de gebruiksmogelijkheden van de toekomstige eigenaar.

Een propere oplossing is theoretisch mogelijk

Idealiter deelt men het gebouw op in dragende en niet dragende onderdelen. Op dit manier beperkt de betekenis van ‘het oplossen van een stabiliteitsprobleem’ zich tot het wijzigen van de draagstructuur of van de aangrijpende belastingen. Zo kan een dekvloer een dekvloer blijven.

Natuurlijk heb ik in mijn hoofd al wat zaken bedacht om hieraan tegemoet te komen. Het grote probleem zal echter de aanvaarding van deze oplossingen zijn door de andere betrokken partijen. Het zal er onvermijdelijk vreemd en niet vertrouwd uitzien, waardoor weerstand niet uit te sluiten is. En ik moet er natuurlijk het nodige budget voor krijgen om dit uit te werken. Ik kan immers geen beroep doen op routine en loop een groot risico’s op doodlopende straatjes vooraleer ik tot een definitieve oplossing kom.

Een alledaagse case

Het meest opmerkelijke van dit verhaal is natuurlijk de alledaagsheid ervan. Een eenvoudig vloerplaatje, een zeer beperkte overspanning. Het zou de vloerplaat boven een toilet of een berging kunnen zijn. Dat maakt het des te vreemder dat men hiervoor geen geschikte plaatmaterialen vindt, of dat men zich in allerlei bochten moet wringen – zie de dekvloer – om een betrouwbare constructie te ontwerpen.

Hebben jullie gelijkaardige ervaringen? Ik wil het graag weten.

Disclaimer

In wat volgt, ga ik de lezer met u aanspreken, om het nodige gewicht aan mijn boodschap te geven. Wanneer ik over bouwtechnische zaken schrijf, is het niet de bedoeling dat u die klakkeloos gaat gebruiken in uw bouwproject. U zult steeds beroep moeten doen op een architect en wellicht een ingenieur, en voor deze diensten een ernstig budget voorzien. Een bouwproject is maatwerk, en de algemeenheden die ik beschrijf, zijn onvoldoende om met voldoende betrouwbaarheid uw bouwproject te ondersteunen, al was het maar omdat een beoordeling van de geschiktheid van mijn bevindingen voor uw project ontbreekt. Ik wijs alle verantwoordelijkheden af met betrekking tot enig oneigenlijk gebruik van deze teksten, die louter bedoeld zijn als informatieverstrekking.

Wat ik wel aanmoedig, is om mijn bevindingen te gebruiken als vergelijkingsmateriaal. Ik maak mij sterk dat de informatie die ik deel, deugdelijk en transparant is. Dat moet de bouwheer, architect of ingenieur helpen om realistische verwachtingen te krijgen met betrekking tot hun bouwproject.

Bijkomende bronnen

Holzbau Deutschland, Bund Deutscher Zimmermeister im Zentralverband des Deutschen Baugewerbes e.V., Berlin (2014). Holzrahmenbau, Bewährtes Hausbau-System, 5. Auflage. Keulen: Bruderverlag Albert Bruder GmbH & Co. KG (D).

Porteous, J., e.a. (2013). Structural Timber Design to Eurocode 5. 2nd Edition. Blackwell Publishing Ltd., West Sussex (UK).

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers liken dit: