Hoogwaardig betonstaal (II) *door ir L. B. WellingIn een serie artikelen worden door verschillende au-teurs enige soorten hoogwaardig staal, voor zoverdez* voor onze lezers van belong zijn, behandeld,waarna een algemeen slotartikel zal vol gen. Red.In Cement is reeds melding gemaakt van het nemen van proeven met Tor-staal 42. Aan de Werkgroep Gewapend Beton- en Staalconstructies T.N.O.te Delft werd opdracht verstrekt tot het verrichten van proeven, teneindede betrouwbaarheid van op buiging belaste betonbalken, gewapend metTorstaal te kunnen beoordeien. Ir J. G. Hageman heeft hiervoor een serieproeven ontworpen en ter critische beoordeling voorgelegd aan de heerP. J. van Tussenbroek, (Bouw- en Woningtoezicht, Rotterdam), terwijlbovendien nog met enkele andere vooraanstaande personen in de bouw-wereld overleg werd gepleegd. Het rapport, dat na het beelndigen van hetonderzoek hterover verschenen is, kan, gezien de uitgebreidheid, niet inzijn geheel in dit blad worden opgenomen. Oit artikel zij dan ook eenverantwoord uittreksel met de voor de practijk belangrijkste punten.Criteria voor betrouwbaarheidDe betrouwbaarheid van een op buiging belaste gewapend-betonconstruc-tie wordt beoordeeld naar de volgende criteria:a. veiligheid tegen bezwijking,b. geen te grote scheuren,c. doorbuiging niet te groot,d. voldoende verankering van de wapening,e. waarschuwing tegen breuk.*) Het eerste deel is afgedrukt in Cement 5 (1953) nr 5-6, biz. 85-86.136graf. I. samenvatting vanCement 5 (1953) Nr 910Vier van deze criteria kunnen in ??n grafiek worden weergegeven (graf. 3):a. De veiligheid t.o.v, het bezwijken is van verschillende factoren afhan-kelijk. Bij vergelijking met QR 24 kan aangehouden worden de factor2400:1400=1,72 {aangenomen dat de vloeigrens 2400 kg/cm2bedraagt).Bij Torstaal wordt dan de aldus berekende toeiaatbare spanning 4200:1,72==2 440 kg/cm2.b. Detoelaatbarescheurvorming kan worden uitgedrukt in een bepaaldetoeiaatbare scheurbreedte. Deze breedte is o.m. afhankelijk van de volgendefactoren:de agressiviteit van de omgeving,de gevolgen van eventuele corrosie,de betrouwbaarheid van de berekening,de onzekerheden in de materiaaleigenschappen,de nauwgezetheid bij de uitvoering,de aard van de belasting (dynamisch of statisch),deaesthetica.Is de toeiaatbare scheurbreedte bepaald op x mm, dan moet bij het toeiaat-bare moment de grootste optredende scheurbreedte kleiner zijn dan x mm.Aan de hand van buigproeven (foto5; zie biz. 139) is het verloop,vande scheurvorming bepaald, ook bij herhaalde belasting. Aldus is hetmogelijk in de grafiek lijnen van constante scheurbreedte aan te geven.Deze beide criteria bakenen een gebied af, waarbinnen het punt, dat wordtbepaald door de ordinaten moet liggen, wil aan beide criteriavoldaan zijn. Met behulp van de lijnen van de toeiaatbare momenten, be-horende bij een bepaalde toeiaatbare spanningscombinatie en berekendmet de n-methode, kan direct worden afgeiezen, welke toeiaatbare span-nings-combinaties voldoen aan de gestelde eisen.c. Doorbuiging. Meestal is de doorbuiging geen maatgevend criteriumbij gewapend-betonconstructies.e. Waarschuwing tegen breuk. Er is een minimum grenswapeningspercen-tage (0,3%) vastgesteld, daar bij nog kleinere wapeningspercentagen dekans bestaat, dat de constructie tegelijk met het optreden van de eerstescheur bezwijkt. Het maximum wapeningspercentage (gevaar van uit-knikken van de betondrukzone) is voor de practijk van weinig belang.Cement 5 (1953) Nr 9-10 137De rechthoeklge proefbalken werden verdeeld in 4series:B ballcen met langte 3,80 m, doorsnede 20 ? 40 cm2, wapening die tek. 2)met Torstaal met of zonder eindhaken ; bij deze serie was een balk,waarin de hoofdwapening tijdens het storten aan de bovenzijde lag;C balken als boven, maar gewapend met QR 24;D balken met variabele hoogte;? met Torstaal en met QR 24 gewapende balken, maarwisselend belast.(Serie A betrof een andere proof).BreukmomentHet theoretisch breukmoment bleek overeen te komen met het experi-mentele. Men kan dus bij berekening de gegarandeerde minimum trek-sterkte van 5 400 kg/cm2invoeren, hoewel dan de vervormingen reedszodanig zullen zijn, dat de constructie als waardeloos dient te worden be-schouwd. Beter kan daarom van de vloeigrens (bij 0,2% blijvende rek isy=4 200 kg/cm2) worden uitgegaan. In grafiek I is het met deze staal-spanning berekende moment als functie van het wapeningspercentage ?.uitgezet. Bij een balk gewapend met rondstaal en een wapeningspercentagevan ca 1% blijkt bij breuk de staalspanning maatgevend tezijn. Aannemendedat de constructie bezwijkt bij het bereiken van de vereiste minimum-vloeigrens van 2 400 kg/cm1, en de inwendige hefboomarm weinig varieert,bedraagt dus de veiligheidscotMTicient:ScheurvormingDoor de opmeting van de scheuren bij iedere belastingverhoging van debalk konden in grafiek I de momenten worden bepaald, waarbij, bij ver-schillende wapeningspercentagen, de maximale scheurwijdte resp. 0,1--0,2en 0,3 mm was. De theoretisch te verwachten lijn van constante maximalescheurwijdte transformeerde door de spreiding van de meetresultaten ineen bundel. Bij de ,,op kop" gestorte balk uit serie B evenals bij serie D(variabele balkhoogte) bleek het scheurbeeld niet af te wijken van dat vande normale balken. Bij serie C gewapend met QR 24 bleek de maximalescheurwijdte bij een wapeningspercentage van ca 1% en met Gy en b vanresp. I 400 en 70 kg/cm2ca 0,1 mm.De bundels van aequivalente scheurwijdte van 0,1 mm behorende bij QR 24blijken vrijwel samen te vallen met die van Torstaal 42. Het staat echternog niet vast, of het criterium van 0,1 mm een verantwoord criterium is.Door bij Torstaal het criterium van de toelaatbare scheurbreedte gelijk testelien aan dat van QR 24 bestaat de kans, dat daardoor aan verschillendeconstructies een te hoge eis wordt gesteld. Uit grafiek I is op eenvoudigewijze af te lezen, dat een verhoging van de toelaatbare scheurbreedteslechts weinig economische voordelen voor QR 24 zou opleveren. De lijnvan (Ty = I 400 kg/cm2, die de veiligheid t.o.v. het bezwijken bepaalt, isimmers maatgevend. Bij rondstaal heeft daarom tot nu toe weinig behoeftefoto 4. balk gewapend met QR 24bestaan de toelaatbare scheurbreedte te vergroten. Bij Torstaal is dit echteranders. Stelt men het economische wapeningspercentage bijvoorbeeld opca 0,7%, dan ziet men uit grafiek I, dat een verhoging van de toelaatbarescheurbreedte boven de 0,1 mm een groter toelaatbaar moment tot gevolgheeft.Bij het ontwerpen van constructies zal rekening moeten worden gehoudenmet de persoonlijke criteria. Het is mij gebleken, dat hierover verschil-lende meningen bestaan. Onder auspicien van het Fonds ExperimenteelBetononderzoek is de Commissie ..scheurvorming" opgericht, die dit pro-bleem zal bestuderen, waardoor mogelijk binnen enkele jaren algemenerichtlijnen kunnen worden opgesteld.Invloed van een herhaalde belasting op de scheurvormingBij serie E werd ongeveer ??n lastwisseling per minuut uitgevoerd. Dewisselingen waren van dien aard, dat het maximale buigendmoment vari-eerde tussen Me.g. en M. De toenemingvan de maximale scheurwijdte bleekna 40 lastwisselingen ca 20%. Dit zowel voor rondstaal als voor Torstaal,ondanks de grotere toelaatbare spanning in dit staal. Bij een zeer grootaantal belastingwisselingen bleek volgens sommige onderzoekers zelfs eenverdubbeling van de maximale scheurwijdte op te treden. Dit dus ter waar-graf. 3schuwing aan constructeurs, die met herhaalde maximum belasting rekeningmoeten houden. In het breukstadium echter is het scheurbeeld van eenbalk gewapend met Torstaal gunstiger dan bij gewoon rondstaal.De breuk van een balk met normaal staal verloopt nl. als volgt. Bij toe-nemende belasting neemt de scheurbreedte tot nabij de breukbelastingslechts weinig toe (tot ca 0,3 ? 0,4 mm). Bereikt de spanning in het staalechter de vloeigrens, dan neemt ??n van de scheuren plotseling zeer sterkin breedte toe (de zgn. gapende scheur van ca 5--10 mm wijdte). Bij een balkmet Torstaal verloopt de breuk geleidelijker, hoofdzakelijk ten gevolge vanhet ontbreken van een natuurtijke vloeigrens. Scheuren van 0,3-0,4 mmtreden op bij een belasting, die gelijk is aan ca 70% van de bezwijklast.Mede door de betere aanhechting wordt tot aan de breuk een regelmatigescheurverdeling behouden.Scheuren van 0,3-0,4 mm zijn duidelijk zichtbaar en zijn meestal, in hetbijzonder voor een leek, aanleiding tot het nemen van maatregeien. Menheeft dan bij Torstaal nog ruimschoots de gelegenheid, de nodige voor-138 Cement S (1953) Nr 9,10zlenihgen te ireffen, terwijl bij een balk met rondstaal de kans op instortenal zeer groot is. Dc foto's 4 en 5 geven hiervan een duidelijk beeld. Uitgaan-de dus van dc door het normale bewapend beton aangegeven criterium(K = 1,72 en toelaatbare scheurwijdte van 0,1 mm) komt men cot de vol-gende richtlijncn voor Torstaal 42.Teneinde een plotselinge breuk te vermijden 15 het minimum grens-wapen'ngspercentage gesteld op 0,3%, indienaande wapening primair eendragerde functie wordt toegekcnd (krimpwapening valt hier niet onder).Bij berekening volgens de gebruikelijke n-methode mogen de volgendecoelaatbarc spanningen worden ingevoerd:voor het staal .............2 440 kg/cm2Voor het beton ____ 60 kg/cm2terwijl als vergelijkingsbasis genomen is een balk gewapend met rondstaalen met een min. vloeigrens van 2 400 kg/cm2.Bij grotere wapeningspercentagen mag de toelaatbare betonspanning tot70 kg/cm1worden opgevoerd. Ter Mlustratie volgen hier de toelaatbarespanningen, indien de max. scheurbreedten bij enkelvoudige belasting opresp. 0,15 en 0,20 mm worden gesceld:coelaatbare spanningen toelaatbare scheurbreedtenin mm0.15 0,20Voor staal kg/cm2Voor beton kg/cm"2 440852 440100Rekent men volgens de n-methode, dan blijken bij onderstaande wape-ningspercentagen de volgende staalspanningen maacgevend te zijn:wapenings-percentagenin%toclaatbarestaalsoanning in kg/cm2bij coe/aatbare scheurbreedten van:0,1 mm 0,15 mm 0,2 mmvan 0,3-0,4 2 200 2 440 2 440-0,5 1 900 2 200 2 440-0,6 1 700 2 000 2 440-0,7 1 600 1 900 2 400-0,8 1 500 1 800 2 300-1,- 1 400 1 700 2 200Daar het criterium van de scheurvorming in bovenstaande gevallen meestalmaatgevend blijkt te zijn, zal een meer economische toepassing van Tor-staal dus mogelijk zijn, indien grotere scheurbreedten, verantwoord methet oog op corrosie en aesthetica, worden toegelaten.AanhechtproevenExcentrische aanhechtproef (zie tek. 6)Bij deze proeven is gctracht de spanningverdeling van een balk na te boot-sen, waarbij bijv. door brand de trckzone voor het grootste gcdecke ishto 9. opstelling buigproef in hot hborator'wm T.N.O. Delftuitgeschakeld. Het gedrag van de balk kan dan worden vergeleken met eenboog, waarbij de wapening als crekstang fungeert en waarbij de balkeindenvoor de verankering van de trekstang moeten zorgdragen. Bij deze proef-stukken kan dus een inzicht worden verkregen, in hoeverre het weglatenvan eindhaken verantwoord moet worden geacht. Bij de proeven is alsbreuk aangenomen het punt, waarbij de staaf breekt of waarbij een slip vanmeer dan 0,1 mm aan het vrije einde optreedt.Houdt men bij deze met Torstaal gewapende proefstukken hetzelfde cri-terium voor breuk aan als bij de met rondstaal gewapende proefstukken,dan mag dus bij een staalspanning van tenminste 4 200 kg/cm2nog geenslip of staafbreuk optreden.Bij alle onderzochte proefstukken is aan deze eis voldaan. Ook bij de cen-trische aanhechtproef (tek. 7), waarbij een betondrukspanning wordt gc-introduceerd, als bij de laslengtoproeven (tek. 8), zijn de resultaten ge-lijkluidcnd. Kan de schaifspanning geheel coc oncwikkeling komen (bijkorce proefstukken bijv. 20 cm lang), dan is er voor de schuifweerstandeen waarde gevonden van 40 kg/cm2.Zowel bij staafcinden als bij lassen bedroegen de mimirnum waarden voorde aanhechtlengten voor;I 8 mm ca20cmTorstaal 42(zondcr haken) 10mm ca25cm12 mm ca27cmI 14 mm ca30cmNogmaals, deze lengten zijn bepaald onder de voorwaarde, dat een staal-spanning van 4 200 kg/cm' zonder bezwaar kan worden overgebracht endat geen haken resp. eindhaken worden toegepast. Wil men --gezien deonzekerheden met betrekking tot het materiaal beton-- een grotere veilig-heid, dan dienen grotere laslengten te worden toegepast.Er zij tcnslotte nog vermeld, dat het staal aan de keuringseisen voldeed,terwijl bij buigen van een kern van ca 2 mm in enkeie gevaJJen baar-scheurtjes aan de binnenzijde van de bocht bleken te zijn ontstaan, envoorts dat het beton door een aannemer werd vervaardigd en gestort, enna 28 dagen een kubussterkte had van 200-250 kg/cmaen een buigtrek-sterkte van ca 35 kg/cm2. De practijk werd dus daardoor zo getrouwmogelijk wecrgegeven.Erratum: In no 5-6 van ,,Cement" zijn in het artikel over HoogwaardigBetonstaal abusievclijk fig. 2 en fig. 3 verwisseld.Cement 5 (1953) Nt 9-10 139