Een electronische300-tons betonkubuspersdoor Ir C. van der VeenInleidingHoewel met het niet-destructief materiaalonderzoek vorderingenworden gemaakt en de betonhamer geen onbekende is op debouwplaats, wordt voor het controleren van de kwaliteit vanbeton in het werk in het algemeen nog gebruik gemaakt van hetbeproeven van betonkuben. Zoals bekend dienen deze kuben,waarvan de afmetingen doorgaans 20x20x20 cm bedragen, teworden vervaardigd van dezelfde specie, als waarvan het te con-troleren werkstuk is gemaakt. Ook verder moet er zo veel moge-lijk voor worden gezorgd, dat de eigenschappen van het betonvan de kubus overeenkomen met die van het beton in het werk.Zij, die bekend zijn met het verrichten van een dergelijke proef,weten dat de uitslag kan worden be?nvloed door de man, die debeproevingsmachine bedient.Een grote rol spelen namelijk de snelheid en de regelmaat,waar-mee de belasting wordt aangebracht. Daarom schrijft de G.B.V.1950 onder artikel 40, nr 11 voor, dat de druk tijdens het beproe-ven van een betonkubus met een snelheid van ongeveer 2 ? 3kg/cm2/s moet worden verhoogd.Bij de bestaande beproevingsapparaten wordt de uitgeoefendedruk in de regel afgelezen op een oliedrukmanometer. Ten eindehet regelmatig toenemen van de belasting met de tijd te contro-leren is het nodig de uitslag op de manometer voortdurend tevergelijken met de tijd sinds het begin van de proef verlopen. Hetis dus nodig steeds twee aflezingen te doen.Bovendien is het moeilijk een oliedrukmeting zodanig uit te voe-ren, dat een nauwkeurige aflezing wordt verkregen, tenzij menbuitengewone zorg aan de meetinstallatie besteedt.Toen de gemeente Amsterdam had besloten, bij de bouw van debrug over de Amstel, die toegang geeft tot de rijksweg naarUtrecht, een beproevingsapparaat voor het drukken van kubenaan te schaffen, zijn deze punten nader onder ogen gezien.Hierbijbleek, dat het mogelijk was een kubuspers te construeren, diebovengenoemde nadelen mist.I. PrincipeHet is duidelijk, dat het nadeel van een oliedrukmeter vooralbestaat uit het wrijvingsverlies, dat kan optreden in de leidingenen plunjers. Men zou dit nadeel kunnen vermijden, wanneer mentussen de betonkube en het drukstuk van de pers eenmeetelementaanbrengt, waardoor de uitgeoefende druk rechtstreeks wordtgemeten. Dit kan gebeuren door gebruik te maken van bijvoor-foto I. kubuspers (300 t) met bedieningsstand, afleesapparaaten hulpstuk voor het beproeven van betonbalkjesbeeld een stalen meetring met een meetklok, die de deformatievan de ring aangeeft, wanneer daarop een bepaalde druk wordtuitgeoefend. Men kan ook gebruik maken van een drukdoos metrekstrookjes of een ander electrisch meetsysteem.In dit geval is een meer elegante oplossing gevonden door depersplunjer van de kubuspers zodanig te construeren, dat dezemeteen als drukdoos dienst doet. Daartoe werden aan de binnen-zijde van de persplunjer, die is uitgevoerd als een holle metalencylinder, rekstrookjes aangebracht.Behalve de mogelijkheid tot een directe drukmeting gaf dezemethode aanleiding tot een zeer eenvoudige oplossing van hetprobleem de kuben met een constante druksnelheid te beproeven.Hiervoor is het nodig iets nader in te gaan op het principe van eenmeetelement met rekstrookjes. In tek. 4 is het schema gegevenvan een mogelijke schakeling van de rekstrookjes. Deze zijn ge-plaatst in een brug van Wheatstone, waarin twee vaste weer-standen zijn opgenomen. Met behulp van een potentiometer P ishet mogelijk de brug in evenwicht te brengen, zodat het poten-tiaalverschil tussen de punten B en D nul is. In deze toestand staatde naald van de voltmeter V op nul.In werkelijkheid is de electrische schakeling veel ingewikkelderen zijn er twee bruggen, die ten opzichte van elkaar in evenwichtmoeten worden gebracht. Voor een goed begrip is echter de hiergegeven uiteenzetting voldoende.Wordt nu een bepaalde belasting op het meetelement uitgeoe-fend, dan verandert de weerstand van de rekstrookjes en ont-staat een spanningsverschil tussen B en D. Door de potentiometerfoto 2. bedieningsstand met afleesinstrumentfoto 3. persplunjer uitgevoerd als meetcylinder metcardanisch gemonteerde onder- enboventafeltek. 4. schakelschema van de rekstrookjesP te verdraaien is het mogelijk de naald van de voltmeter V weerop nul in te stellen. De hoekverdraaiing van de potentiometer Pis een maat voor de uitgeoefende drukkracht, die van te vorendoor ijking wordt vastgesteld.Bij een goed meetelement bestaat tussen de hoekverdraaiing vande potentiometer P en de uitgeoefende drukkracht een lineairverband, d.w.z. dat bij een dubbel zo grote drukkracht een dubbelzo grote hoekverdraaiing hoort. Dit betekent, dat bij een gelijk-matige drukverhoging de potentiometer P met een evenredigeconstante hoeksnelheid zou moeten ronddraaien. Dit nu is be-reikt door de potentiometer P te verbinden met een kleine motor,die bij het begin van de proef wordt ingeschakeld.Zodra de motor begint te lopen, wordt de brug uit haar even-wicht gebracht en zal de naald van de voltmeter V met een be-paalde snelheid naar ??n zijde, bijvoorbeeld naar rechts, uitslaan.Zou men de van te voren vastgestelde gelijkmatige drukverhogingaanbrengen, en de potentiometer P fixeren, dan zou de naald metdezelfde snelheid naar links uitslaan. Het resultaat is, dat de naaldprecies op nul blijft staan, mits een dusdanige drukverhogingwordt aangebracht, als correspondeert met de ingestelde hoek-snelheid van de potentiometer P.De uitvoering van de proef is hiermede zeer eenvoudig geworden.Zodra de proef begint, wordt de motor van de potentiometer Pingeschakeld, zodat deze met een constante snelheid begint tedraaien. De man die de pers bedient, behoeft nu niets anders tedoen dan te zorgen, dat een dusdanige druk wordt uitgeoefend,dat de naald voortdurend op nul blijft staan. Er behoeft dus slechts??n schaal te worden afgelezen, hetgeen het werk aanzienlijkvergemakkelijkt.De handle, die de drukverhoging regelt, is aangebracht onder deafleesschaal. Wijkt de naald iets naar rechts af, dan dient de handlenaar links te worden bewogen; in het omgekeerde geval moet dehandle naar rechts worden gedraaid. Deze tegenovergesteldebeweging blijkt tot een gemakkelijke en logische bediening teleiden.Als eenheid van de belastingsverhoging is 50 t/min aangehouden,hetgeen overeenkomt met ruim 2 kg/cm2/s. Hiermee is aan hetgestelde in art. 40 van G.B.V. voldaan.Een moeilijkheid bij deze methode is het constateren van dehoogste belasting, die tijdens de proef is uitgeoefend.Bij de manometermethode geschiedt dit in de regel door hetmeenemen van een tweede naald, die blijft hangen, wanneer dekubus stuk gaat. Bij de hier toegepaste nul-methode is dit nietmogelijk. Het is echter zeer eenvoudig om op het ogenblik, dat dekubus breekt, de motor van de potentiometer uit te schakelen.De potentiometer geeft dan de stand aan van de belasting tijdensde breuk.Deze methode is nog iets geperfectionneerd door in de kubusperseen zgn. olieschakelaar op te nemen. Door het teruglopen van dedruk, tengevolge van het breken van de kubus, schakelt dit appa-foto 5. ijking van de 300-tons persplunjer in het laboratoriumraat automatisch de motor van de potentiometer uit, zodat dezeblijft staan in de hoogste stand, die is voorgekomen tijdens hetdrukken.Deze oliedrukschakelaar zorgt er tegelijkertijd voor, dat de motorgaat lopen, zodra in het begin van de proef enige druk op de kubuswordt uitgeoefend.Op de afleesapparatuur van de pers komt ten slotte nog eenschakelknop voor, waarmee het meetgebied van 300 t op 40 t is testellen. Deze laatste schaal kan worden gebruikt bij proeven opbetonbalkjes. Daartoe is de pers voorzien van een hulpstuk(fotoI),dat op de ondertafel kan worden gemonteerd. Hierop bevindenzich twee verstelbare opleggingen, die een overspanning vanresp. 50, 60, 70 en 80 cm mogelijk maken. De maximale door-buiging bedraagt 6 cm.2. Hydraulisch gedeelteDe kubuspers is geheel hydraulisch uitgevoerd. De persplunjermet meetelement wordt naar buiten gedrukt door olie te pompenin de kamer, waarin de plunjer past. Deze kamer bevindt zich inde bovenkant van een drukraam. De kubus rust op de onderkantvan dit raam door middel van een cardanisch gemonteerde tafel(foto 3), zodat de kubus zich centrisch kan instellen. Een rubber-kussen tussen de onderkant van de pers en de tafel stelt deze inonbelaste toestand horizontaal in. Op de tafel zijn 2 diagonalengegraveerd, waardoor het zeer eenvoudig is de kubus centrischten opzichte van de plunjer op te stellen. De ondertafel is metbehulp van nippels te smeren.De pers wordt bediend met een lage- en hoge-drukpomp. Deeerste dient om de plunjer snel in en uit te pompen in onbelastetoestand; de hoge-drukpomp wordt ingeschakeld, zodra enigedruk wordt uitgeoefend op de plunjer.De plunjer is voorzien van een slagbeveiliging, waardoor het nietmogelijk is, dat hij veel omhoog wordt gepompt en daardoorkomt vast te lopen.Beide pompen zijn uitgevoerd als radiale plunjerpomp. Zij wordenaangedreven door electromotoren.Het motorvermogen en de capaciteit van de hoge-drukpomp zijnzodanig gekozen, dat de drukverhoging van 50 t/min steeds kanworden gerealiseerd bij de voorkomende vervorming van de kube.Ten einde dit te bereiken is tussen de pomp en de motor een me-chanische variator geplaatst, die voor de benodigde overbrengingzorgt. Deze is te bedienen met de handle, die zich onder de aflees-schaal bevindt.Ten slotte is in het apparaat een met de hand te bedienen pompingebouwd, waarmee het mogelijk is een kleine correctie aan tebrengen op stationnaire belastingen, bij voorbeeld bij het uit-voeren van een vierpuntsbuigproef op een betonbalkje, waarbijeen bepaalde belasting gedurende enige tijd moet worden ge-handhaafd.3. SlotDe pers, die nu ruim 1? jaar in gebruik is, heeft goed aan de ver-wachtingen beantwoord. De bediening is zeer eenvoudig en deresultaten worden met een hoge mate van nauwkeurigheid ver-kregen. Van de oliedrukschakelaar wordt een iets ander gebruikgemaakt dan oorspronkelijk bedoeld was.Een moeilijkheid levert alleen nog het begin van de proef op.Omdat de kuben nooit helemaal vlak zijn, wordt aan de onder- enbovenkant een kartonnetje aangebracht. Dit is echter zeer ver-vormbaar, waardoor in het begin van de proef de snelheid, waar-mede de plunjer naar beneden gaat, niet altijd voldoende is aan tepassen. Van veel betekenis is dit overigens niet, omdat dit ver-schil na enige seconden is verdwenen en het daarna steeds moge-lijk is de juiste drukkracht met vrijwel geen speling aan te brengen.Het ontwerp van de pers is gemaakt door het Bureau Grond-mechanica van de Dienst der Publieke Werken te Amsterdam.Het 300 tons meetelement en de oliedrukschakelaar zijn ontwor-pen en vervaardigd door T.N.O. Spannings- en Trillingsonderzoekte Delft. Het electronische gedeelte werd verzorgd door C.Peekei van het Laboratorium voor Electronica Peekei te Rotter-dam. Het hydraulische gedeelte kwam voor rekening van R. H. W.Scholtens van Scholtens Apparatenfabriek te Delft, waar tevensde pers werd vervaardigd.ErrataBij het artikel ,,De Werkgroep Gewapend-Beton- en Staalconstruc-ties" in Cement nr 17-18, blz. 271-275 dienen:1. de bijschriften van foto 3a en 3b verwisseld te worden;2. foto 9 90? naar links te worden gedraaid;3. foto II 180? te worden gedraaid.Cement 6 (1954) Nr 19-20 345