InfoNu.nl > Wetenschap > Techniek > Kruip: verandering van materiaalopbouw met de tijd

Kruip: verandering van materiaalopbouw met de tijd

Kruip: verandering van materiaalopbouw met de tijd Materialen toegepast als constructie-onderdeel dienen voldoende sterkte en stijfheid te bezitten. Aandachtspunt van stijfheid is het met de tijd optredende fenomeen kruip. Vervorming, doorbuiging of herschikking van kleine deeltjes zorgt ervoor dat een profiel, balk of aardebaan met de tijd een aanvullende verandering ondergaat. Wat houdt kruip in en wat voor invloed heeft het bij de verschillende veel toegepaste materialen?

Kruip


Wat houdt kruip in?

Indien een profiel of doorsnede (materiaal met vorm combinatie) op gewicht wordt belast, dan zal een initiële vervorming optreden. Ten gevolge van het permanente belastingaandeel zal het na verloop van tijd een aanvullende doorbuiging of zetting opleveren. Het wordt dan ook vaak een secundaire of seculaire verandering van het materiaal genoemd. De inwendige structuur van het materiaal zelf verandert, doordat de belasting altijd erop staat te drukken. Hoe vertaalt deze eigenschap zich bij verschillende materiaalsoorten?

Staal

Een zeer populair constructiemateriaal is staal en wordt bij ieder gebouwd object toegepast. Het heeft hoge sterkte eigenschappen en kan dus met relatief weinig materiaal veel belasting opnemen. Omdat het materiaal eveneens gemakkelijk vervormbaar is als het heet is, kan het in vele vormen worden gewalst. Kruip is bij staal dermate klein dat het constructief gezien standaard wordt verwaarloosd. Staal heeft een hoge elasticiteitsmodulus, namelijk E;mod= 210.000 N/mm2. Hoe anders is dit bij andere materialen en hoe wordt het bepaald?

Gewapende betonbalk

Een betonnen balk bestaat uit een rechthoekige betondoorsnede, waarbij betonstaal als hoofdwapening wordt toegepast in de trekzone. Via een inwendige ontbinding van krachten dient de balk namelijk druk en trek op te nemen. Omdat er sprake is van een combinatie van materialen valt de mate van vervorming (doorbuiging betonbalk, gewapende vloer) minder direct te bepalen. Daartoe dient op basis van de dimensies, de toegepaste betonkwaliteit en de aanwezige hoeveelheid staal een M-k diagram (moment kruip relatie) opgesteld te worden. Het bestaat uit twee lijnen, waarbij de bovenste lijn de korte duur belastingcapaciteit vertegenwoordigt en de onderste lijn de lange duur. Het verschil tussen deze twee betreft de kruip van de desbetreffende vorm.

Een houten balk

Ten opzichte van staal en beton is hout een vrij zwak materiaal en dat laat de E-modulus ook zien, zijnde E=9.000 N/mm2. Omdat het een slap materiaal betreft, is het extra gevoelig voor het tweede orde effect. Normaal zal hout door permanente en variabele belasting doorbuigen. Het permanente aandeel zorgt er aanvullend voor dat houtvezels in de lengterichting verder gaan herschikken en verlengen. Oftewel met de tijd verandert de inwendige houtstructuur, waardoor er een extra doorbuiging optreedt. Dit is zeer herkenbaar bij een enkel liggende plank. Het buigt in eerste instantie iets door. Zonder dat er extra gewicht op is komen te staan buigt het na verloop van tijd twee maal zover door. Binnen houtberekeningen dient het permanente belastingaandeel dus twee keer genomen te worden om de totale vervorming te bepalen.

Grond als funderingsmethode

De bodem bestaat uit vele grondsoorten. Denk aan zand, klei, veen enzovoorts. De verschillen zitten in het formaat van het basismateriaal. Zand heeft een grote korrel en kan snel water afvoeren. Wordt het aanvullend belast dan herschikt de korrelstructuur zich direct, waardoor er geen seculair effect kan optreden. Dit is ander bij grondsoorten zoals klei. Het aandeel lutum (zeer kleine lang gerekte plaatjes, welke op elkaar liggen) is hoog, waardoor de waterdoorlatendheid beperkt is (primaire zetting). Een belastingtoename zorgt ervoor dat het tijd neemt, voordat overspannen grondwater is afgevoerd. Anderzijds gaat de pakking (herstructurering) eveneens met de tijd veranderen, waardoor (seculaire zetting) ontstaat. Primaire zetting dat afhankelijk is van afwatering kan worden versneld, middels tijdelijk extra belasting aan te brengen of door drainage water versneld af te voeren. Secundaire zetting treedt met de tijd op en kan niet worden versneld. Vaak zal deze zetting beperkt blijven en treedt op tijdens de gebruiksfase van de aardebaan.

Lees verder

© 2013 - 2019 Geinformeerd, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
De elasticiteitsmodulus van staalDe elasticiteitsmodulus van staalStaal is een prachtig materiaal waarmee grote gebouwen, bruggen en utiliteit mee worden gebouwd. Het is zeer praktisch i…
Gebruik Koppejan om de zetting uit te rekenenGebruik Koppejan om de zetting uit te rekenenIndien grond wordt opgehoogd met bijvoorbeeld een aardebaan voor een weg of nieuwbouw project, dan zal de onderliggende…
Elasticiteit van hout: E-modulus hout voor de doorbuigingElasticiteit van hout: E-modulus hout voor de doorbuigingHout is een prachtig materiaal om lichte belastingen mee op te nemen, voor zowel binnen als buiten. Het is geschikt voor…
Globale wapeningsberekeningBij een balk op twee steunpunten veroorzaakt het moment buiging in de balk. Door deze buiging zullen aan de bovenzijde d…
Hoeveel buigt een stalen ligger door?Hoeveel buigt een stalen ligger door?Een stalen ligger kan een bepaalde mate van doorbuiging opnemen. Het wordt bepaald door de elasticiteit en het traagheid…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "Kruip: verandering van materiaalopbouw met de tijd"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Geinformeerd
Laatste update: 17-03-2017
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Techniek
Special: Materiaaleigenschappen
Bronnen en referenties: 1
Schrijf mee!