Druksterkte van beton: hoeveel kan beton aan druk opnemen?

Beton is een mengsel van zand, stenen en cement, waarmee in verharde vorm een hoge druksterkte wordt behaald. Het materiaal werkt uitermate gunstig als het onder druk staat, echter kan slechts 10% van die druk aan trek opnemen. Om momenten in een betonnen balk op te kunnen nemen, wordt daarom betonstaal oftewel wapening toegepast. Hoe groot is de druksterkte beton en hoe verhoudt het tot de treksterkte?

Druksterkte beton

• Wet van Hooke
• Beperkte trekcapaciteiten
• Drukproeven en druksterkte beton
• Relatie tussen trek en druk
• Verschil tussen representatieve en rekenwaarden
• Het moeten combineren met betonstaal

Wet van Hooke

De elasticiteit van een materiaal wordt uitgedrukt in de mate van vervorming indien deze op trek wordt belast. De Wet van Hooke geeft aan dat die relatie als volgt is: ε = Δl / L = σ / E. Dit houdt in dat de mate van vervorming Δl van een staalsoort met lengte L gelijk staat aan de toename van de spanning σ in het materiaal ten opzichte van de elasticiteit E. Het gunstige spanningsverloop is zeker zichtbaar bij staal als constructiemateriaal. Naarmate staal meer wordt belast kan het vervormen, echter zodra die belasting weer wordt verwijderd neemt het profiel de oude vorm weer aan. Dit is het ultieme voorbeeld van elastische vervorming. Beton daarentegen kan trek of vervorming lastig opnemen en dus dient wapeningsstaal te worden toegepast.

Beperkte trekcapaciteiten

Het materiaal heeft ten gevolge van trek zeer beperkte aanhechtingsmogelijkheid. Het materiaal is in geharde vorm zeer stug en is daardoor bij trekbelasting weinig flexibel. Het zal daardoor versnelt scheuren, omdat beton praktisch weinig trek kan opnemen. Oftewel de mate van trekelasticiteit is praktisch niet aanwezig. Hiernaast bestaat er eveneens de mate van vervorming als een materiaal onder druk komt te staan.

Drukproeven en druksterkte beton

Indien gehard beton op druk wordt belast heeft het uitstekende capaciteiten om hoge belasting op te nemen. Door de combinatie van zand, steentjes, cement en water wordt het materiaal extreem hard. Bij meest extreme druk zal het materiaal zijdelings eruit barsten, waardoor het bezwijkt. Middels drukproeven kan die maximale druksterkte van een betonkubus worden bepaald.

Relatie tussen trek en druk

De druksterkte van beton wordt bepaald door voor de korte termijn belasting 85% van de maximale betonkwaliteit te nemen. Daarnaast vervormt beton met de tijd tot eveneens 15%, waarmee de opnamecapaciteit evenredig wordt verminderd. Oftewel f’brep = 0,85*0,85*f’ck = 0,72*f’ck. C25 als betonkwaliteit heeft een representatieve druksterkte van f’brep = 0,72*25 = 18,0 N/mm2. Zoals gezegd is de treksterkte van beton zeer beperkt, echter er bestaat een minimale trekopnamecapaciteit. Dit is volgens de VBC art. 6.1.2 vastgelegd met fbrep = 0,7*(1,05+0,05*f’ck) met 0,7 voor kruip-effecten. Bij C25 bedraagt de betontreksterkte fbrep = 0,7*(1,05+0,05*25)=1,61 N/mm2. Oftewel beton kan nog geen 10% van de druksterkte aan trek opnemen. Voorgaande resulteert in volgende representatieve waarden [N/mm2] voor beton:

Verschil tussen representatieve en rekenwaarden

Omdat men bij betonberekeningen moet werken met veiligheden worden er factoren toegepast, zodat de drukcapaciteit van een betondoorsnede niet wordt overschreden. Omdat de trekcapaciteit van beton zeer beperkt is en er onzekerheden omtrent het materiaal zijn, is de relatie fb = fbrep/1,4 opgesteld. Voor betondruk zijn de onzekerheden minder groot en dus wordt de rekenwaarde druksterkte bepaald middels f’b = f’brep/1,2. Dit houdt de volgende rekenwaarden [N/mm2] voor beton in. Fbm is de gemiddelde buigstreksterkte en is 2 maal fb. Let wel dat de elasticiteit van beton onder druk hierbij eveneens is aangegeven, terwijl de E-waarde voor trek praktisch gezien niet van toepassing is.

Het moeten combineren met betonstaal

Omdat beton een zeer beperkte trekcapaciteit heeft wordt beton met betonstaal afgewapend. Op betonnen liggers komt een moment te staan welk inwendig via de hefboomsarm wordt ontbonden. Daartoe ontstaat er een betondrukkracht en een betonstaaltrekkracht. Met die relatie kunnen betonbalken afdoende worden afgewapend, zodat op basis van de toegepaste beton- en betonstaalkwaliteit hoge belastingen worden opgenomen.

Lees verder

• Ontwerpberekening betonwapening volgens GTB tabellen
• Hoe wordt een gewapende betonnen kesp doorgerekend?
• Noodzaak controle scheurvorming beton
• Hoeveel wapening (wapeningspercentage) mag er in beton?
• Wat is het verschil tussen representatieve en rekenwaarden?