O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 790S t e k e i n d e n b r o s s e b r e u kEen stekeind zoals bedoeld in ditartikel, is een wapeningsstaafwaarvan ??n uiteinde is voorzienvan een kop met schroefdraad.Stekeinden worden gebruikt omde wapening van een eerder ge-storte betonconstructie door tekunnen laten lopen in een daar-tegenaan te storten betoncon-structie. Met name bij de ver-binding van een ter plaatse testorten betonconstructie aan eengeprefabriceerde betonconstructieworden om praktische redenenstekeinden toegepast. Het uit-einde van de wapening in hetprefab element wordt voorzienvan een ankerbus met inwendigedraad, waarin voor het maken vande verbinding het stekeind kanworden gedraaid (fig. 1).Als de ankerbus in het gepre-fabriceerde element niet exact dejuiste richting heeft, waardoor hetingedraaide stekeind niet parallelloopt aan de door te verbindenwapening, kan het stekeind in depraktijk eenvoudigweg wordenbijgebogen. Hoewel dit vanzelf-sprekend niet op voorhand debedoeling is, vormt het bijbuigenop zich geen enkel probleem.Toen dit echter op een bepaaldebouwplaats werd gedaan, bleek ineen aantal gevallen het stekeindplotseling te breken in de nabij-heid van het gestuikte uiteinde.De wijze van breken en het breuk-vlakvertoondendaarbijdetekenenvan brosse breuk.Voor stekeinden is in Nederlandde nationale beoordelingsricht-lijn BRL 0504 [1] van toepassing,die met betrekking tot de product-eisen verwijst naar NEN 6008 [2]en NPR 2053 [3].De constatering van de brossebreuken was aanleiding na tegaan wat de oorzaak daarvan zoukunnen zijn en of dit mogelijkook consequenties zou kunnenhebben voor de eigenschappenvandebetonconstructie.Hetdaar-vooruitgevoerdeonderzoekbevattede volgende stappen:? vaststellen van de belangrijksteinvloedsparameters voor brosgedrag;? traceren van `brosse stekeinden';? invloed van bros gedrag opfunctioneren van stekeindnagaan;? consequenties voor betreffendeconstructie nagaan.In dit artikel worden de belang-rijkste resultaten van het onder-zoek gepresenteerd.I n v l o e d s p a r a m e t e r s v o o rb r o s g e d r a gHet onderzoek naar de mogelijkeoorzaak voor het gevonden brossegedrag van de stekeinden heeftzich gericht op twee mogelijkeinvloedsparameters: het stikstof-gehalte in het toegepaste staal ende klembekkenafstand die bij hetstuikproces voor de stekeindenwerd toegepast.Bekend is dat een hoog gehalteaan vrije stikstof in het staal kanleiden tot verouderingsbrosheid.De snelheid waarmee de ver-brossing optreedt, hangt daarbijook nog af van de temperatuur.Bij hogere temperaturen treedtOnderzoek naar oorzaak en gevolgIncidenteel gevonden brosgedrag van stekeindenprof.dr.ir. D.A. Hordijk, Adviesbureau ir. J.G. Hageman bv en Technische Universiteit Eindhoven *)dr.ir. M.R.A. van Vliet, TNO BouwIn 1999 werd TNO Bouw benaderd met de vraag onderzoek te verrichten naar de oorzaak en demogelijke consequenties van een in de praktijk incidenteel gevonden bros gedrag van stekeinden.Met het doel de opgedane kennis en ervaring in een breder verband beschikbaar te stellen, wordenop verzoek van de opdrachtgever, de resultaten van het onderzoek in het onderhavige artikelgepresenteerd. In het onderzoek is gevonden dat het op een onjuiste wijze uitvoeren van het stuik-proces voor de betreffende stekeinden een belangrijke parameter is geweest voor het al dan nietoptreden van het brosse gedrag. Gevonden is ook dat het vermoeiingsgedrag van stekeinden en devervormingscapaciteit van de verbinding waarin ze worden toegepast, negatief worden be?nvloeddoor het brosse gedrag. Nadrukkelijk wordt opgemerkt dat er verschillende wijzen van stuiken zijnen dat de gepresenteerde resultaten alleen betrekking hebben op het stuikproces zoals dat voor deonderzochte stekeinden was toegepast.1 | Principeschets vandoorverbinden vanwapening met stekeinden(a) en een foto van eenstekeind waarnaaronderzoek is verricht (b)abstekeind*) Ten tijde van het onderzoek werkzaam bij TNO BouwO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 7 91het proces sneller op, waardoorhet stuikproces een rol kanhebben gespeeld. Voor betonstaalworden in NEN 6008 geen eisengesteld aan het stikstofgehalte,maar wordt een proef voor-geschrevenwaarmeemoetwordenaangetoond dat het betonstaalvoldoende taai is. Het betreft deverouderingsterugbuigproef, diemoet worden uitgevoerd voorbetonstaalsoorten anders danFeB 220 HWL. In de Europesevoornorm prEN 10080-1:1998 [4]voor betonstaal (Part 1: Generalrequirements) zijn wel eisenaan de samenstelling gesteld.Zo wordt voor stikstof een maxi-mum van 0,014% (m/m) (ook welaangeduid met 140 ppm; ppm =parts per million) aangegeven.Het stikstofpercentage mag ho-ger zijn als er voldoende stikstof-bindende elementen in het staalaanwezig zijn. Vanwege de be-kendheid van de invloed van hetstikstofgehalte op bros gedrag, isditalsparameterinhetonderzoekmeegenomen.Het vermoeden bestond dat naasthet stikstofgehalte ook hetstuikproces zoals dat voor debetreffende stekeinden is uit-gevoerd, wel eens van invloed zoukunnen zijn. Dit vermoedenwerd nog versterkt toen op hetbetreffende bouwwerk ook stek-einden werden gevonden met eennogal `hoekig' verloop bij de kop(foto2rechts).Eennadereanalysevan het stuikproces leerde datde afstand van de klembekkenwaarmee de wapeningsstaaftijdens het stuiken wordt vast-gehouden, tot het uiteinde van degestuikte kop, ook wel eens eenbelangrijke invloedsparameterzoukunnenzijnvoorhetontstaanvan het brosse gedrag. Bij stek-einden is eenvoudig na te gaanwatdiezogenoemde`klembekken-afstand' is geweest, omdat hetklembekken is voorzien van rib-bels, die in de wapeningsstaaf eenafdruk maken.T r a c e r e n v a n b r o s s es t e k e i n d e nReeds is vermeld dat het stikstof-gehalte en de klembekkenafstandbij het stuikproces naar verwach-ting twee belangrijke invloeds-parameters zijn voor mogelijkbros gedrag van stekeinden.Een hoog stikstofgehalte en eenkorte klembekkenafstand kunnenleiden tot een hogere kans dat hetbrosse gedrag optreedt (fig. 3).Voor het onderbouwen van dezehypothese bleek niet direct eenstandaard-beproevingsmethodebeschikbaar. De veronderstellingwas dat voor de betreffende stek-einden gold dat ter plaatse vande gestuikte kop het materiaalweliswaar bros was (beperkte rek-capaciteit), maar dat tegelijkertijdnog steeds gold dat de sterktegroter was dan in de rest van hetstekeind (wapeningsstaaf) (fig. 4).Om die reden zal in een trekproefop een stekeind, waarbij de krachtconstant is over de lengte, altijdvloeien optreden buiten het bros-se gedeelte. Omdat tijdens bij-buigen de grootste belasting terplaatse van de gestuikte kop vanhet stekeind optreedt, kon daar-mee wel de brosse breuk wordenverkregen. In analogie met watin de praktijk is opgetreden, iseen buigproef gebruikt om stek-einden met het betreffende bros-se gedrag te traceren. Daartoewerd een stekeind in een ge-fixeerde metalen plaat gedraaiden werd op een afstand van 200mmvanafdieplaateentrekkrachtuitgeoefend in de richting lood-recht op de lengteas (fig. 5).Voor het onderzoeken van dehypothese zoals in figuur 3 isgetoond, is voor een groot aantalstekeinden het stikstofgehalte ende klembekkenafstand in kaartgebracht. Daarbij is met namegebruikgemaakt van een partijstekeinden ? 20 mm (in hetvervolg aangeduid met `verdachte2 | Twee stekeinden met een verschil in devorm van het gestuikte gedeeltegetekende lijn slechtsindicatief3 | Mogelijke relatie tussen invloedsparameters stikstofgehalte enklembekkenafstand en bros gedrag van het stekeind4 | Schematische weergave voor het veronderstelde verloop van de sterkte(b) en de rek bij breuk (c) van een stekeind (a)5 | Principe van buigproef op stekeind dat is gebruikt om brosse stekeindente tracerenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 792partij'), die is achtergehoudennadat in een stekeind uit die partijop de bouwplaats brosse breukwas opgetreden.Degetrokkenlijninfiguur6toonthet kracht-verplaatsingsverloopdat wordt verkregen als in de aan-gegeven buigproef geen brossebreukoptreedt.Zoalsuitdefiguuris af te leiden, zijn de proeven alsvolgt uitgevoerd. In eerste instan-tie is in ??n richting gebogen tothetaangrijpingspuntvandekrachtongeveer 80 mm was verplaatst.Vervolgens is de kracht afgelatenen is het stekeind in de tegen-overgestelde richting gebogen.De horizontale gedeelten in fi-guur6bijeenkrachtgelijkaannulzijn het gevolg van speling in deopstelling. Het hiervoor beschre-ven gedrag werd gevonden bij`niet-verdachte' stekeinden. Uitde verdachte partij zijn in totaal117 stekeinden met een korteklembekkenafstand (53 mm) aandeze buigproef onderworpen.Daarvan zijn er 42 bros gebroken(= 36%). Als daarbij tevens hetstikstofgehalte in beschouwingwordt genomen, dan bleek dat ervan 69 stekeinden waarvoor golddat het stikstofgehalte groter wasdan 100 ppm en de klembekken-afstand 53 mm, 34 (= 49%) brosbraken. Daarmee was voldoendeaangetoond dat de verdachtepartij grotendeels uit stekeindenbestond die het te onderzoekenbrosse gedrag vertoonden.Na analyse van de gehele ver-dachte partij konden 108 stekein-den worden afgescheiden waar-voor gold dat ze een korte klem- -bekkenafstand hadden (< 55 mm)en een relatief hoog stikstofge-halte (> 100 ppm). Opgemerktwordt dat, ondanks het feit datin de buigproeven in 49% vande gevallen brosse breuk is op-getreden, het niet onwaarschijn-lijk was dat alle 117 stekeindenhet betreffende brosse gedragbezaten.Zoals in figuur 6 is te zien, isbrosse breuk opgetreden opverschillende plaatsen in hettotale kracht-verplaatsingsdiagram.De meeste breuken traden optijdens de eerste maal belasten(gebied A in fig. 6). Het stekeindheeft dan overigens al het vol-plastisch moment bereikt. Datvervolgens de kracht nog verderkontoenemen,heefttemakenmettweede-orde effecten in de proef.C o n s e q u e n t i e s v a n b r o sg e d r a gMet de partij van 108 potentieelbrosse stekeinden was het moge-lijk geworden na te gaan of hetbrosse gedrag effect heeft op deeigenschappenvandestekeinden.Daarvoor werd het noodzakelijkgeacht twee aspecten naderin beschouwing te nemen: hetvermoeiingsgedrag van de stek-eindenendevervormingscapaciteitvan de verbinding waarin de stek-einden worden toegepast. In hetonderzoek zijn beide aspectenexperimenteel onderzocht, waar-bij een vergelijking is gemaakttussen enerzijds het gedrag vande `brosse stekeinden' en ander-zijds het gedrag van stekeindendiedatbrossegedragnietvertonen(`taaie stekeinden').V e r m o e i i n g s p r o e v e nHet vermoeiingsgedrag van be-tonstaal en stekeinden speelt eenrol bij constructies die dyna-misch worden belast. In de be-tongerelateerde voorschriften inNederland is het de VBB 1995(NEN 6723) [5] waarin is aan-gegeven met welke vermoeiings-levensduurmoetwordengerekend.Concreet betekent dit dat is aan-gegeven wat de relatie is tussenhet aantal wisselingen en deoptredende spanningsrimpel diebij het ontwerp moet worden aan-gehouden. De eisen ten aanzienvan de vermoeiingssterkte zijnvoor betonstaal in NEN 6008 envoor mechanische verbindingen(en dus ook voor stekeinden) inBRL 0504 weergegeven. Bij ver-gelijkingvandeontwerpnormVBBen de materiaalnorm NEN 6008voor het aspect vermoeiing vanbetonstaal, viel op dat in de mate-riaalnorm soms een significantgeringere eis wordt gesteld aande resultaten van vermoeiings-proeven in vergelijking met watvolgens de ontwerpnorm moetworden aangehouden. Daar waarvolgens de VBB voor betonstaalmet een diameter kleiner dan ofgelijk aan 16 mm het maxi-male aantal belastingswisselin-gen bij een spanningsrimpel van200 N/mm2gelijk is aan 3?106, ishet volgens NEN 6008 voldoen-de als in drie proeven met beton-staal ?K= 16 mm bij die span-ningsrimpel respectievelijk 2?106,1?106en 0,5?106wisselingen wor-den gehaald. Dit is op z'n minstopmerkelijk en zou door de be-treffende voorschriftencommis-sie nader beschouwd moetenworden. Bij de beoordeling van deresultaten van de vermoeiings-proeven is de relatie volgens deVBB 1995 als uitgangspunt ge-nomen (fig. 7).6 | Plaatsen in het kracht-verplaatsingsverloopvoor stekeinden ? 20 mm,waarbij tijdens buigenvolgens de proef infiguur 5 brosse breuk isopgetredenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 7 93Vermoeiingsproeven zijn uitge-voerd bij twee verschillende span-ningsrimpels.Naastdespannings-rimpelvan100N/mm2dievolgensBRL0504moetwordentoegepast,is om praktische redenen (duurvan de experimenten) ook eenspanningsrimpel van 173 N/mm2gebruikt. Voor deze laatste span-ningsrimpel zijn proeven uitge-voerd op respectievelijk drie cate-gorie?n stekeinden:? `bros':stikstofgehalte > 100 ppm enkorte klembekkenafstand( 50 mm);? `taai':stikstofgehalte < 50 ppm enlange klembekkenafstand( 80 mm);? `links boven' in figuur 3:stikstofgehalte < 50 ppm enkorte klembekkenafstand( 50 mm).De afzonderlijke resultaten en degemiddelde resultaten zijn infiguur 7 weergegeven. Op basisdaarvan kan worden gesteld dathet te onderzoeken brosse gedrageen significante invloed heeft ophet vermoeiingsgedrag van destekeinden. Daar waar bij de taaiestekeinden breuk optrad bij ge-middeld ongeveer 2,4 miljoenwisselingen, waren dat er bijde brosse stekeinden ongeveer500 000. Opgemerkt kan wordendat voor de stekeinden met eenlaag stikstofgehalte en een korteklembekkenafstand (`links boven'in fig. 3) ongeveer hetzelfde werdgevonden als voor de brosse stek-einden. Dit duidt erop dat deklembekkenafstand waarschijnlijkdebelangrijksteinvloedsparameteris geweest.Proevenmeteenspanningsrimpelvan 100 N/mm2zijn alleen maaruitgevoerd met stekeinden aan-geduidmet`bros'en`linksboven'.Enkele proeven zijn voortijdiggestopt. Het gemiddelde resultaatheeft betrekking op de proevenwaarbij breuk is opgetreden.Op basis van de vermoeiings-proeven konden de volgendeconclusies worden getrokken:? De gemiddelde waarde voor devermoeiingslevensduur van deonderzochte taaie stekeindenis aanmerkelijk langer dan devermoeiingslevensduurwaarmee in de VBB 1995 voorde representatieve spannings-rimpel wordt gerekend.? De gemiddelde waarde voor devermoeiingslevensduur van deonderzochte brosse stekeindenen de stekeinden `links boven'verschilt weinig van devermoeiingslevensduurwaarmee in de VBB 1995 voorde representatieve spannings-rimpel wordt gerekend.? Op basis van de resultatenvoor de spanningsrimpels vanrespectievelijk 100 N/mm2en173 N/mm2kan wordengesteld dat de helling van deS-N lijn (zo wordt de relatie infig. 7 veelal genoemd) voor deonderzochte brosse stekeindenbij benadering gelijk is aan dehelling volgens de VBB-relatie.Gegeven de verkregen resultatenvoor de taaie en de brosse stek-einden kon worden geconclu-deerd dat het maken van onder-scheid tussen taaie en brossestekeinden op basis van enerzijdsde buigproef en anderzijds detweeinvloedsparameters,stikstof-gehalte en klembekkenafstand,wasgelukt.Deresultatenzijnzelfszodanig dat gesteld kan wordendat voor dit onderzoek ook de ver-moeiingsproef gebruikt zou kun-nenwordenombrossestekeindente traceren en wellicht zelfs nogbeter dan de buigproef. De resul-taten van de vermoeiingsproevenwijzen er op dat alle potentieelbrosse stekeinden het brosse ge-drag vertonen. In de buigproefdaarentegen werd slechts bij on-geveer 50% van de stekeindenbros breken gevonden.V e r v o r m i n g s c a p a c i t e i t -p r o e v e nDe andere eigenschap waarvoorhet nodig werd geacht om7 | Resultaten vanvermoeiingsproeven opstekeindena. afzonderlijke resultatenb. gemiddelde resultatenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 794aandacht aan te besteden, was devervormingscapaciteit van deverbinding waarin de stekeindenworden toegepast. Zoals in figuur 4naar voren is gebracht, was dehypothesedatdebrossestekeindenworden gekenmerkt door het feitdat zich ter plaatse van de opge-stuikte kop een gedeelte bevindtdat weliswaar sterker is dan derest van het stekeind, maar dattegelijkertijd ook bros is. Er isdaardoor sprake van een geringerekcapaciteit over een relatiefklein gedeelte van het stekeind.Resultaten van trekproeven opbrossestekeindenbevestigendezetheorie. Als aan de uiteinden vaneen stekeind wordt getrokken, isde trekkracht constant over delengte van het stekeind en zalvloeien in een (minder sterk) taaigedeelteeerderoptredendanbreukin het brosse (sterkere) gedeelte.In een constructie worden stek-einden hoofdzakelijk op trekbelast. Buiging van het stekeindzoals die in de buigproef voor hettraceren van brosse stekeindenwordt opgelegd (fig. 5), komt inconstructies niet voor. In hetonderzoek drong de vraag zich opof bij een bros stekeind in eenconstructie ook brosse breukzou kunnen optreden als deverbinding tot aan bezwijken zouworden belast. Dat was op voor-hand niet te zeggen. Het stekeindwordt in de constructie weliswaarook op trek belast, maar de trek-kracht neemt af van maximaal bijhet gestuikte gedeelte tot nul aanhet uiteinde (fig. 8). Er is sprakevan een overlappingslas, waarbijhet stekeind de kracht via hetbeton overdraagt aan de wape-ning.Om te onderzoeken of brossestekeinden in hun toepassingook bros kunnen breken, zijnexperimenten uitgevoerd. In deexperimenten is een detail van deverbindingnagebootstdoormiddelvaneenbuigproef,waarbijisbelasttot bezwijken (fig. 9). Omdat hetzeer wel mogelijk werd geacht datde belastingsoverdracht zodanigisdatdebrossestekeindenindezebelastingsomstandigheidtocheentaai gedrag (vloeien buiten hetbrossegedeelte)zoudenvertonen,zijn in eerste instantie alleen vierbalken met brosse stekeindenvervaardigd. Toen bleek dat in dieproeven ook brosse breuken wer-denwaargenomen,zijnvervolgensnog twee balken op identiekemanier vervaardigd en beproefdmet taaie stekeinden (lange klem-bekkenafstand en laag stikstof-gehalte).Op foto 10 is een detail van detoegepaste wapening in de expe-rimenten te zien. In het middenis een stuk blik aangebracht omde kracht in de verbinding viade stekeinden over te brengen.Het gedeelte aan de rechterzijdevan het blik representeert de teonderzoeken verbinding. Linkszijn koppelmoeren te zien, waarinde stekeinden zijn gedraaid. Hetlinkergedeelte moet worden be-schouwd als omgeving voor de teonderzoeken verbinding. In deproeven diende voorkomen teworden dat daar bezwijken op-trad. In de experimenten (foto 11)is dit gedeelte daarom min ofmeer verticaal voorgespannen.De afmetingen van de verbindingwaren b x h = 500 x 300 mm2; deoverspanning van de betonbalkmet in het midden de te beproe-ven verbinding was 2000 mm.In figuur 12 zijn de kracht-ver-plaatsingsdiagrammen voor drievan de vier balken met brossestekeinden door middel vanonderbroken lijnen weergegevenen, voor de twee balken met taaie8 | Schematische weergavevan het krachtenspel bijeen stekeind, waarbij detotale trekkrachttoeneemt, maar de trek-kracht in het stekeindafneemt9 | Schematische weergave van de buigproeven die zijn uitgevoerd om na te gaan ofbrosse breuk in de constructie kan optreden10 | Wapening in debeproefde verbindingO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 7 95stekeinden met doorgaandelijnen. De terugvallen in de krachtbij de onderbroken lijnen zijn hetgevolg van brosse breuk van destekeinden. Het aantal stek-einden dat bros is gebroken bijde drie proeven is tussen haakjesbijgeschreven. Bij balk 2 blekentegelijkertijd drie stekeinden broste breken, hetgeen optrad op eenmoment dat de verbinding welis-waar was gescheurd (opening vande naad ter plaatse van de voeg-overgang), maar waarbij er nogsprake was van een geringe ver-vorming. De brosse breuk ginggepaard met een luide knal. Datdaarbij drie stekeinden braken, isook te zien aan de grootte van deterugval van de kracht. Daartoe isde maximale kracht verdeeld invijf delen, welke zijn aangegevenmet de horizontale lijnen in defiguur.Op foto 13 zijn de proefstukkenmet brosse en taaie stekeinden tezien, nadat deze geheel warendoorgebroken. De balk op foto13a betreft balk nr. 2 (fig. 12).Duidelijk zijn de brosse breuk-vlakken te zien. Op foto 13b is tezien dat bij de taaie stekeindende gebruikelijke insnoering, diebij vloeien van de wapeningoptreedt, op enige afstand vanhet uiteinde van het stekeindoptreedt. Voorts toont foto 13 inhet beton geboorde gaten aan deandere zijde van de voeg dan de teonderzoeken zijde. Dat is gedaannadat was vastgesteld dat brossebreuk toch kan optreden en wasnodig om vast te kunnen stellenbij welke vervorming de brossebreuk optreedt. Door de verplaat-sing van de koppelmoer tenopzichte van een punt op enigeafstand(300mm)inhetbetonaande zijde met de brosse stekeindente meten, kon de kracht-verlen-gingsrelatie (uittrekken) voor debrosse stekeinden worden vast-gesteld. De gevonden relatieszijn weergegeven in figuur 14.Daarin is de kracht niet detrekkracht op de stekeinden,maar de kracht die op de beton-nen buigbalk is uitgeoefend.Zoals in figuur 14 is te zien, iser weliswaar sprake van een re-latief beperkte vervormingscapa-citeit, maar is een vervorming vanongeveer 2 mm nog steeds moge-lijk alvorens brosse breuk op-treedt. Dit resultaat is gebruikt bijde numerieke berekeningen dievoor de betreffende constructiezijn gemaakt en waarop nog kortwordt ingegaan.Samenvattend kan worden ge-steld dat in het onderzoek is aan-getoond dat de brosse stekeindenzoals die in de praktijk zijn gevon-den, ten opzichte van taaie stek-einden zoals normaliter bij hetbetreffende stuikproces wordengeproduceerd, een geringere ver-moeiingslevensduur hebben enkunnen resulteren in een gerin-gere vervormingscapaciteit vande verbinding waarin ze wordentoegepast.E f f e c t o p c o n s t r u c t i eNadat was vastgesteld dat hetgedragvandestekeindennegatiefwordt be?nvloed door het be-treffende fenomeen van bros-heid, rees de vraag wat dit voorhet veiligheidsniveau van de be-11 | Buigproef op een beton-balk met daarin in hetmidden een nabootsingvan een verbinding metstekeinden480!384!288!192!96!12 | Vergelijking van kracht-vijzelverplaatsings-relaties voor de balkenmet brosse (2, 3 en 4)en taaie (7 en 8)stekeindenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 796treffende constructie zou kunnenbetekenen. Daarbij moet wordenbedacht dat niet bekend was waarin de constructie, voor zover die algerealiseerd was, brosse stekein-denwarentoegepastenhoeveelerwaren toegepast. Omdat gesteldkon worden dat de brosheid waar-schijnlijk voornamelijk is veroor-zaakt door een onjuiste instellingtijdens het stuikproces (te korteafstand tussen klembekken en testuiken uiteinde van de wape-ningsstaaf), ligt het voor de handdat brosse stekeinden geclusterdopdebouwplaatszijnaangekomenen toegepast. De getraceerde kistmet potentieel brosse stekeinden(`verdachte partij') heeft dat ookbevestigd.Deresultatenvandevermoeiings-proeven op de brosse stekeindenwaren zodanig, dat nader onder-zoek voor dat aspect niet nodigwerd geacht. Anders lag dat metde gereduceerde vervormings-capaciteit van de verbinding.In algemene zin kan met betrek-king tot de vervormingscapaciteitvan betonconstructies het vol-gendenaarvorenwordengebracht.Uitgangspunt voor het ontwer-pen van betonconstructies is, dateen bros bezwijkmechanisme zo-veel mogelijk wordt voorkomen.Dit wordt bereikt door zodanig teontwerpen, dat vloeien van dewapening eerder (bij een lagerebelasting) optreedt dan in dedrukzone het beton op drukbezwijkt. Om die reden wordt eenmaximum aan het wapenings-percentage gesteld (dit gebeurtindirect door een maximum testellen aan de hoogte van debetondrukzone). Ook dient mini-maal zoveel wapening te wordenaangebracht dat bij het ontstaanvan een scheur de wapening nietdirect breekt (dit resulteert in eenminimum-wapeningspercentage).Als de wapening vloeit dan moethet vervolgens nog zo zijn dat ervoldoende rek in de wapeningoptreedt alvorens breuk optreedt.Daarom wordt een eis gesteld aande rekcapaciteit van het beton-staal. Door aan deze voorwaardente voldoen, heeft een betoncon-structie een `waarschuwend ver-mogen'. De constructie zal eerstin belangrijke mate scheuren envervormen alvorens te bezwijken.Voor betonstaal zijn de eisen tenaanzien van de rek die bij maxi-male belasting minimaal aan-wezig dient te zijn, vastgelegd inNEN 6008. Ook voor las- enmechanischeverbindingenwordtin BRL 0504 ge?ist dat deze vol-doende sterk zijn en voldoenderekcapaciteit bezitten.Naast het waarschuwend vermo-gen is de vervormingscapaciteitvan gewapend-betonconstructiesook van belang in verband meteventuele spanningsconcentratiesen/ of opgelegde vervormingen.Door de vervormingscapaciteit ishet eventueel aanwezig zijn vaneen lokale spanningspiek geenprobleem, omdat deze door her-verdeling afvlakt. Om die redenwordt normaliter dan ook met re-latief eenvoudige modellen ge-werkt en hoeft niet gekeken tewordennaardergelijkespannings-concentraties. Als echter eenspanningsconcentratie bij brossestekeinden leidt tot breuk, kantheoretisch sprake zijn van eenvoortgaand bezwijken (het naast-liggende stekeind krijgt de span-ningspiek en breekt ook enz.).Bij brosse stekeinden zoals zijngevonden, dient derhalve wel aan-dacht te worden besteed aan mo-gelijke consequenties van span-ningsconcentraties. Bij het ont-werp van een betonconstructiekan normaliter worden volstaanmet het op een globale manierrekeninghoudenmetdegevolgenvan zettingen en verhinderde ver-vormingen zoals bij krimp entemperatuurbelasting. Eventuelespanningsconcentraties die daar-bij optreden, worden door de her-verdelingscapaciteit tenietgedaan,zodat hiermee niet specifiek reke-ning gehouden hoeft te worden.Ook hiervoor geldt dat dit anderskan worden in het geval van eenbros gedrag van de stekeinden.Voor de constructie waarbij debrosse stekeinden zijn gevonden,is voor een aantal potentieel op-tredendeopgelegdevervormingenmet eindige-elementenmethode-berekeningen nagegaan in hoe-verrespanningspiekenoptredenenwelkespanningenkunnenwordenverwacht. Die berekeningen zijnin eerste instantie uitgevoerdmet lineaire materiaalmodellen.Hieruit bleek dat, met name door13 | Breuk bij de brosse (a)en taaie (b) stekeindena bO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBevestigingencement 2001 7 97opgelegde vervormingen ten ge-volgevantemperatuurbelasting,inde constructie zeer lokaal span-ningspieken konden optreden, diedecapaciteitvandestekeindenterplaatse in ruime mate te bovengingen. Aansluitend is het ge-meten niet-lineaire gedrag van destekeinden (fig. 14) in de model-lering meegenomen. Daarmeekon worden aangetoond dat debetreffende constructie aan dedaaraan te stellen eisen voldoet,ook als daarin brosse stekeindenzijn toegepast.T e n s l o t t eHet bros breken van stekeindentijdens bijbuigen op de bouw-plaats was aanleiding tot eenomvangrijkonderzoeknaardeoor-zaak en mogelijke consequentiesvan het brosse gedrag. Het onder-zoek heeft aangetoond dat metname een onjuiste instelling vandemachinetijdenshetstuikproceszoals dat voor de betreffende stek-einden werd toegepast, een be-langrijke oorzaak is geweest voordebrosheid.Hoewelbekendisdateen hoog stikstofgehalte tot ver-ouderingsbrosheid kan leiden,kan op basis van het onderzoekniet worden vastgesteld of, en zojainwelkemate,deaanwezigestik-stofgehalten hebben bijgedragenaan de brosheid. Opgemerkt kanworden dat op een beperkt aantalstekeindenna,deonderzochtestek-einden een stikstofgehalte had-den dat lager was dan 140 ppm,dat in [4] als maximum is aange-geven voor betonstaal.De verwachting dat de geconsta-teerdebrosheideffectzoukunnenhebben op zowel de vermoeiings-levensduur van de stekeinden alsde vervormingscapaciteit van deverbindingwaarinzezijntoegepast,is door onderzoek bevestigd.Voor de constructie waarin debrosse stekeinden zijn toegepast,zijn de mogelijke consequentiesnagegaan. Met een uitgebreid on-derzoek is aangetoond dat dezenog steeds voldoet aan de daaraante stellen eisen.Voor zover bekend, is over hetbetreffende fenomeen nog nieteerder gerapporteerd. In detoekomst zal voorkomen moetenworden dat het ook bij andereconstructiesvoorkomt.Omdatmetproeven die volgens BRL 0504 enNEN 6008 moeten worden uit-gevoerd, het betreffende gedragniet wordt gevonden, lijken aan-vullende criteria op zijn plaats.Wellicht dat de eenvoudige buig-proef op stekeinden zoals die inhet onderzoek is gebruikt om debrosse stekeinden te traceren, ookgebruikt kan worden in het kadervankeuringvanstekeinden.Maarook een betere controle van hetstuikproces is op zijn plaats. Bijde stekeinden zoals die in hetonderzoek zijn bekeken, is hetaandehandvandeinkepingenvande klembekken mogelijk omachteraf na te gaan of deze instel-parameter correct is geweest.Nadrukkelijkwordtopgemerktdatde resultaten met betrekking totklembekkenafstand alleen geldenvoor de stekeinden die zijn onder-zocht en voor het daarvoor ge-bruikte stuikproces.De onderzoeksresultaten zijn terbeschikkinggesteldaanKIWA,deopsteller van BRL 0504, met devraag de nodige maatregelen tetreffen, opdat de kans dat brossestekeindenindetoekomstwordentoegepast, voldoende klein wordt.L i t e r a t u u r1. BRL 0504, 1994-02-15,Nationale Beoordelingsrichtlijnvoor KOMO-productcertificaatvoor Mechanische verbindingenvan betonstaal. KIWA.2. NEN 6008, Betonstaal. NNI,4de druk, december 1991 enwijzigingsblad NEN 6008/A1,mei 1997.3. NPR 2053, Lassen en verbindenvan betonstaal. NNI, december1985.4. prEN 10080-1:1998 E, Steelfor reinforcement of concrete? Weldable reinforcing steel ?Part 1: General requirements.5. NEN 6723, Voorschriftenbeton. Bruggen (VBB 1995);Constructieve eisen en reken-methoden. NNI, 1ste druk,juni 1995.14 | Gemeten kracht-verlen-gingsrelaties voor debrosse stekeinden