TERSTAALdoor Ir. P. C TirionReeds gedurende vele jaren zijn er door verschillendebelangengroepen onderzoekingen en pogingen gedaan,het gebruik van speciale hoogwaardige staalsoorteningang te doen vinden in de gewapend-betonbouw. Indit verband zijn te vermelden:a) St. 48 en St. 52, waar de hogere kwaliteit wordt be-reikt door een speciale chemische samenstelling enb) een andere groep staalsoorten, zoals Isteg-, Torstaai,enz., waarbij door koud vervormen (meestal torderen)de eigenschappen zijn gewijzigd.Zoals bij het pogen tot invoering van nieuwigheden welmeer voorkomt, is echter hierbij tot nu toe nog geenhervorming in het denken bereikt. Wellicht is dat vooreen groot deel terug te voeren op een gebrek aan co?rdi-natie tussen de producenten van de hoogwaardige staal-soorten enerzijds en de constructeurs en gebruikers vanhet gewapend beton anderzijds. Ondanks het feit, datvan verschillende gezaghebbende zijden de aandacht erop is gevestigd, dat toepassing van hoogwaardige staal-soorten grotere mogelijkheden kon doen ontstaan voorhet gewapend beton, kwam er geen algemene en inten-sieve exploratie van dit onderdeel van de betonweten-schap tot stand. Dit leidde er toe, dat men bleef zittenmet een aantal niet voldoend onderzochte problemen,waardoor de toepassing van dergelijke staalsoorten nietveel verbreiding vond.Wellicht is het in dit verband niet ondienstig de aandachtte vestigen op bet grote aantal jaren, dat verliep alvorenshet voorgespannen beton zich behoorlijk kon inburgeren,terwijl dit materiaal nu alom bekend raakt en steeds meerblijkt, dat hierdoor een zeer belangrijk gebied aan demogelijkheden van het gewapend beton is toegevoegd.De grote moeilijkheid bij het pionierswerk op het gebiedvan gewapend beton wordt opgeleverd door onze gebrek-kige kennis omtrent de werkelijke spanningen, welke indit materiaal optreden. Wij ontwerpen rustig beton-constructies met behulp van de algemeen geaccepteerdeen vele jaren geleden opgestelde theoretische berekenings-wijze, terwijl we weten dat deze eigenlijk een onjuistbeeld geeft van datgene, wat zich afspeelt binnen hetgecompliceerde samenstel, dat wij gewapend betonplegen te noemen. Vanzelfsprekend bestaat er een zekereschroom, de oude berekeningsmethode sterk critischtegemoet te treden, op wier creditzijde staat, dat hier-mede tot nu toe steeds betrouwbare constructies zijnverkregen, zodat dus kan worden vastgesteld, dat zij detoets van de praktijk heeft doorstaan.Langzamerhand gaat echter het streng wetenschappelijkeonderzoek in het ingenieurswerk een belangrijkere rolspelen. Ook het betononderzoek is steeds verder voort-geschreden en de gegevens, welke verkregen wordendoor proeven in de laboratoria voor onderzoek van bouw-materialen, beginnen hun plaats te krijgen in de denk-wereld van de betonconstructeurs. Verschillende zeerbekende buitenlandse betondeskundigen, zoals Saliger(Oostenrijk), Ros (Zwitserland) en Hajnal-Konyi (Enge-land), wijzen weer in hun publicaties op de economischevoordelen, die door het gebruik van speciale staalsoortenzijn te bereiken. In Denemarken, welks economischesituatie vrij sterk met de onze overeenkomt, zijn ookbelangrijke proefnemingen op dit gebied verricht; ten-gevolge hiervan wordt het Deense speciaalstaai reedsop verschillende bouwwerken toegepast. Aangezien heter op lijkt, dat de Denen op enkele punten verderzijn gekomen dan de vroegere onderzoekers, is het vanbelang, de aandacht van de betonconstructeurs in Neder-land te vestigen op hetgeen hier werd bereikt.Reeds voor de oorlog bestond in Denemarken veel be-langstelling voor enige soorten van speciaal betonstaalen de zeer bekende, te Kopenhagen gevestigde firmaLemvigh-M?ller & Munck A/S had de licentie voor Dene-marken voor het maken van Isteg-staal. Dit materiaalwordt vervaardigd door twee naast elkaar gelegde stavenbetonstaal om elkaar te torderen. Volgens mededelingvan de genoemde firma is, na het uitbreken van dewereldoorlog, het in Denemarken aanwezige betonstaalgrotendeels omgezet in Isteg-staal; dat aldaar gebruiktmag worden met een toe te laten spanning van 1 800kg/cm2, inplaats van 1/200 kg/cm2voor het oorspronke-lijke materiaal.- Hierdoor slaagde men er in, met hetaanwezige materiaal veel meer te bouwen dan wanneerhet als normaal betonstaal was gebruikt. Een en andergaf Lemvigh-M?ller & Munck aanleiding, aan Dr. NielsEngel, Hoofd van het Metallurgisch Laboratorium vande Kon. Technische Universiteit te Kopenhagen te ver-zoeken, verdergaande onderzoekingen te verrichten naarde mogelijkheden tot verbetering van de kwaliteiten vanhet gebruikelijke wapeningsstaal.De hierbij gevolgde gedachtengang gaat er van uit, dathet karakteristieke spanning-rekdiagram van normaalvloeistaal (St. 37) bezwaren geeft bij toepassing in ge-wapend-betonconstructies. Dit diagram, dat in tek. 1. isafgebeeld, vertoont van:0 -- 1, het elastisch gebied, een bijna rechte lijn, waarvande helling de elasticiteitsmodulus aangeeft. In ditgebied is de afwijking t.o.v. volledige elasticiteiten evenredigheid zo gering, dat de wet van Hookewordt geacht hier op te gaan;tek. 1. spanning-rekdiagram voor St. 371-2, de vloeiz?ne, waarin een grote vervorming op-treedt langs glijvlakken over de gehele doorsnedevan het materiaal. Hierbij ontstaat een blijvendeverlenging van 3-8%;2-3, een gebied waarin de spanning weer toeneemt,waarschijnlijk doordat blokkerende kristallen moe-ten worden verschoven, voordat een verdere ver-lenging kan ontstaan;3-4, het gebied waarin de rek zonder belangrijkespanningsverhoging verder doorgaat tot 15-20%;4-5, het ontstaan van de insnoering, een sterk plaat-selijke vervorming, waarbij de doorsnede van destaaf zodanig vermindert, dat dit de zwakste plaatswordt, waar de uiteindelijke breuk optreedt.De sterke vervorming, welke het St. 37 ondergaat inde vloeiz?ne - bij een spanning van ruim 2 200 kg/cm2-maakt, dat de gewapend-betonconstructies zullen be-zwijken, wanneer door een toevallige overbelasting destaalspanning tot dit bedrag zou oplopen. Om voldoendezekerheid hiertegen te verkrijgen wordt dus vastgesteld,dat de toe te laten spanning in het staal belangrijk lagerdan deze vloeigrens moet liggen. Zij wordt volgens deG.B.V. 1940 in constructiedelen, belast op buiging of opbuiging en normaalkracht, beperkt tot 1 400 kg/cm2voorSt. 37 (volgens N 702). Reeds lang is er op gewezen, datdit onvoordelig is, omdat het staal slechts wordt belastop ongeveer 1/3 van de uiteindelijke breukspanning. In1917 bericht Probst al in zijn ,,Vorlesungen ?ber Eisen-beton", dat door torderen van betonstaal de vloeigrensmet ongeveer de helft kan worden verhoogd. Ook devele onderzoekingen, welke sindsdien op dit gebied zijnverricht, geven steeds aan, dat wanneer het staal doorkoude vervorming wordt getordeerd, een materiaal kanworden verkregen, dat een spanning-rekdiagram toont,waarin de vloeiz?ne niet meer voorkomt (zie tek. 2).493tek. 2. spanning-rekdiagramvan koud vervormdstaalUit deze figuur blijkt, dat door de koude deformatie degebieden 1-2 en 2-3 zijn verdwenen, zodat de punten1 en 3 uit het oorspronkelijke diagram nu bij elkaarliggen. Er is als het ware een geleidelijke overgang vanhet elastische gebied naar het gebied met blijvende rek.Men kan nu niet meer van een vloeigrens spreken envervangt deze door de spanning, optredend bij eenblijvende uitrekking van 0,2% (0.2). Door de koudedeformatie ligt dit punt bovendien hoger dan de vloei-grens van het oorspronkelijke materiaal.Bij het materiaal volgens tek. 2 kan de spanning nog ca20% worden opgevoerd, met een gelijktijdige verlengingvan ca 8%, voordat de insnoering ontstaat, die de breukinluidt. Dit is van deze staalsoort het veiligheidsgebied,dat kan verdwijnen, als de koude deformatie te ver wordtvoortgezet of op verkeerde wijze geschiedt. Dan ontstaateen soort diagram als in tek. 3, welk staal een hoge 0.2-grens heeft, maar bij zeer geringe overbelasting plotse-ling breekt.tek. 3spanning-rekdiagramvan staal bij te verdoorgevoerde koudeof foutieve deformatieGepropageerd werd, voor gewapend-betonwerk het staalvolgens tek. 2 te gebruiken en daarbij de toe te latenspanning te fixeren als een zeker percentage van de02-grens. Dit betekende, dat de toe te laten spanningbelangrijk kon worden verhoogd, waardoor een aan-zienlijke staalbesparing werd verkregen. Ondanks dehogere aanschaffingskosten per kilogram van het specialemateriaal berekende men een besparing t.o.v. het gebruikvan normaalstaal; hierdoor ontstond de verwachting,dat de betonconstructeurs wel vanzelf dit materiaal zou-den gaan gebruiken.Een bezwaar vormde voor hen echter het feit, dat doorde hogere toe te laten spanning een grotere rek in hetwapeningsstaal optrad, vooral bij die staalsoorten,waarvan de elasticiteitsmodulus aanzienlijk lager lagdan van St. 37. De hogere rek betekent een vergrote kansop scheuren in de beton-trekz?ne. V??r de oorlog wasvoor vele constructeurs deze consequentie, gezien hettoenmalig betrekkelijk geringe kostenverschil tegenovertoepassing van normaalstaal?, niet wel aanvaardbaar.Om de scheurvorming te beperken heeft men gepoogdde aanhechting tussen staal en beton te verbeteren. Bijhet Torstaai gaat men uit van staven met cirkelvormigedoorsnede met twee tegenover elkaar gelegen vlakkelangsribben, welke na het torderen een schroeflijn om destaaf vormen. Blijkens de proeven wordt hierdoor deaanhechting t.o.v. rondstaal verbeterd, welk verschijnselook bij het Isteg-staal is geconstateerd.De Deense onderzoekingen van Dr. Niels Engel hebbenertoe geleid, een speciale staalsoort, met een lager kool-stofgehalte dan normaal St. 37, door een combinatie vanrekken en torderen zodanig te vervormen, dat eenspanning-rekdiagram wordt verkregen. als aangegevenin tek. 4.tek. 4spanning-rekdiagramvan Tentorstaal volgensDr. Niels EngelHet staal vertoont in onbewerkte toestand ook tweetegenover elkaar gelegen vlakke langsribben, maar daar-bij nog een groot aantal vlakke dwarsribben op eenonderlinge afstand van ca 4/5 d. De bewerking bestaat uitrekken tot voorbij de evenredigheidsgrens, daarna verderrekken onder gelijktijdig torderen en vervolgens alleentorderen. Uiteindelijk bedraagt de rek 4-6%, terwijl perlengte van 10d-20d een volledige draaiing over 360? heeftplaatsgevonden. Op dit proc?d?, waarmede een staal-soort wordt verkregen met hogere kwaliteiten dan totdusverre door koude formatie werd bereikt, is onder denaam ,,Tentor" (imsion - iorsion) in 52 landen octrooiaangevraagd en verleend.Bij het verrichten van trekproeven op rechte stavenTentorstaal, die over vari?rende lengten waren ingebeton-neerd, bleek, dat staven buiten het beton braken, wan-neer de ingebetonneerde lengte 10 d of groter werd.Hieruit volgt, dat de aanhechting door de dwarsribbenzeer is vergroot.* (foto 5). Het wordt daarom in Dene-marken geoorloofd geacht, dit materiaal als trekwape-ning te gebruiken, zonder eindhaken toe te passen,wat een belangrijke besparing op de staaflengten en ophet buigloon betekent.De Deense Gewapend Betonvoorschriften van 1949,welke op het gebied van de eisen aan het bewapenings-staal uitvoeriger zijn dan onze G.B.V. 1940, vermelden,dat onder vloeigrens die spanning wordt verstaan, waarbijde permanente verlenging 0,2% bedraagt. De breuk-spanning moet tenminste 14% hoger liggen, waarbij de* In dit verband is het wellicht gewenst te vermelden, datuitvoerige Amerikaanse onderzoekingen ertoe hebben geleid,dat de American Society for Testing of Materials in haarkortgeleden verschenen Standard Specification A 305 - 49een 5-tal typen van staven met verbeterde dwarsribben aan-geeft, waarbij zowel de hechting aan het beton als de scheur-vorming een gunstiger beeld geven dan bij vroeger in deVer. Staten hiervoor aanbevolen profielen.494rek tenminste 4% moet bedragen. In verband met demogelijkheid van wisselende belastingen moet het staalbij vermoei?ngsproeven tenminste 2 millioen spanning-variaties tussen 0,5 ? 0.2 en 0,9 ? 0.2 kunnen verdragen.Het Tentorstaal voldoet ruimschoots aan deze eisen.De Deense voorschriften vermelden o.m. voorts nog,dat staal voorzien van uitsteeksels met het doel om deweerstand tegen glijden te verhogen, niet behoeft teworden voorzien van haken, als de som van de projectievan de uitsteeksels op een vlak I staafas per lengte van4 ? de kleinste staafdiameter, gelijk is aan de doorsnedevan de staaf.Omtrent de toe te laten staalspanningen wordt vermeld,dat deze mogen bedragen:toel. = ? 0.2, wanneer 0.2 < 3 600 kg/cm2entoel. = 1 800+? (0.2-- 3 600) voor 0.2>3 600 kg/cm2.Voor een materiaal met een vloeigrens 0.2 =4 800kg/cm2betekent dit reeds een toel. = 2 100 kg/cm2,dus 50% hoger dan van normaal St. 37. Dit bedrag komtongeveer overeen met de spanningen, welke in de G.B.V.1940 worden toegestaan voor St. 48. Voor het Tentor-staal met een 0.2 van ca 6 000 kg/cm2kan men volgensde Deense formule gaan tot een toel. = 2 400 kg/cm2.Dit betekent, dat men bij vervanging van St. 37 doorTentorstaal met slechts ca 60% van de hoeveelheidkan volstaan. Aangezien de kg-prijs in het werk 25%hoger ligt dan van St. 37 en bovendien het maken vande eindhaken kan vervallen, is de vervanging zeer voor-delig en is de vraag naar dit materiaal inDenemarken groot.Volgens voorlopige mededeling zou voor Nederlandde verkoopprijs van het Tentorstaal per ton f 100,--hoger liggen dan die van St. 37. Bij een verkoopprijseoor St. 37 van f 260,-- per ton zal die voor Tentorstaalvus f 360,-- per ton zijn. Door het niet buigen vandindhaken liggen de verwerkingskosten wat lager danvoor St. 37. Rekenen wij hiervoor resp. f 90,-- per tonen f 80,-- per ton, dan worden de prijzen in het werkresp. f 350,-- per ton en f 440,-- per ton.Aangezien de toe te laten spanningen voor deze mate-rialen 1 400 kg/cm2en 2 200 kg/cm2bedragen, kan glo-baal worden gesteld, dat bij vervanging van elke tonSt. 37 door Tentorstaal de kosten van f 350,-- dalen tot14/22 ? f 440,-- = f 280,--. Hierbij is dan nog geenrekening gehouden met:a) de vermindering van de staaflengten door het weg-laten van de eindhaken,b) de lagere transportkosten door de vermindering vande te leveren hoeveelheid staal.De proeven, welke in Denemarken zijn verricht, omtrentde scheurvorming in de trekz?ne hebben tot het gunstigeresultaat geleid, dat er, in tegenstelling tot betoncon-structies gewapend met rondstaal, slechts zeer kleinescheurtjes optreden, waardoor het gevaar van aantastingvan het staal gering is. Men schrijft dit enerzijds toe aanhet feit, dat de elasticiteitsmodulus E van dit staal nietlager is dan die van St. 37, maar bovendien vooral aande gunstige werking van de dwarsribben, waardoor hetbeton niet langs het staal kan verschuiven.*)Een voor landen met een minder sterke valuta gunstigeomstandigheid is voorts nog, dat de inkoopprijs van hetuitgangsmateriaal slechts zeer weinig ligt boven die vanSt. 37, zodat door toepassing van dit materiaal eenbelangrijke deviezenbesparing mogelijk wordt.De voorvechters van het gebruik van speciaalstaai ver-melden vaak, dat constructies die hiermede gewapendzijn, een hogere veiligheidsco?fficient bezitten dan metnormaalstaal gewapende constructies, welke mededelingdan wel wordt gestaafd door de resultaten van verrichteproeven. Dit houdt verband met het feit, dat een normalegewapend-betonbalkconstructie, als deze wordt over-belast, bezwijkt wanneer de staalspanning de vloeigrensoverschrijdt. Zoals reeds vermeld, geschiedt dit bij eenstaalspanning, die ca 50% hoger ligt dan de toegelatenspanning. Doordat bij het koudgerekte staal het vloei-gebied ontbreekt, kan in betonconstructies, die met ditmateriaal zijn gewapend, de staalspanning belangrijkmeer boven de toegelaten spanning oplopen, voordathet staal noemenswaard begint te rekken. Deze rek isdan bovendien nog zeer beperkt van afmeting in zoverre,foto 5. Staafjes Tentorstaal, Torstaai en St. 37 gerold overonverhard beton tonen duidelijk, hoe het Tentorstaalzijn trekkracht aan het beton overdraagt.dat voor voortzetting van de rek spanningsverhogingnodig is, in tegenstelling met het normale staal, waar derek in het vloeigebied zonder belastingsverhoging voort-gaat tot de breuk van de betonbalk.Nu de internationale politieke verwikkelingen de staal-prijzen weer opjagen, leek het van belang dit onderwerpnog eens onder de aandacht te brengen van de beton-constructeurs in Nederland.*) In dit verband kan nog worden verwezen naar de uit-voerige onderzoekingen op dit materiaal verricht aan deEidgen?ssische Material Pr?fungsanstalt (EM) teZurich, waarbij o.m. proefbalken gewapend met Tentor-staal zijn belast en de scheurwijdte is opgenomen bij ver-schillende doorbuigingen van de balken onder gelijktijdigebepaling van de optredende staalspanningen. Hierbij zijnde volgende resultaten verkregen:staalspanningin kg/cm2max. scheurbreedtein 1/100 mm1600 72 000 102 400 133 000 17/184 000 255 000 45Op grond van de opgemeten kwaliteitscijfers en van deoverweging, dat in Zwitserland is gebleken, dat scheur-wijdte van 0,20 - 0,25 mm niet tot roestvorming aanlei-ding geven, wanneer er geen speciale chemische agres-sieve omstandigheden bestaan, acht de EMPA een toe telaten staalspanning mogelijk van 2 800 kg/cm2voor con-structies, waar de belasting in hoofdzaak statisch is, waarbijdan tevens de eindhaken kunnen vervallen. Bij deze proevenis voorts gebleken, dat het Tentorstaal door de aanwezigedwarsribben bij dynamische belastingen veel betere resul-taten toont dan het normale betonstaal zonder ribben.
Reacties