Plattform zu Beton und Stahl im Bauwesen
Hogesterktestaal is een begrip dat binnen de bouwsector verschillend wordt geïnterpreteerd. In de utiliteitsbouw wordt staalsoort S355 vaak al als hogesterktestaal beschouwd, terwijl in de infrastructuur S355 de standaard is en men pas spreekt van hoge sterkte bij kwaliteiten als S420 of S690. Het onderscheid zit ’m volgens Frank Maatje, directeur van Bouwen met Staal, in de vloeigrens: de spanning waarbij het staal plastisch gaat vervormen. Juist die eigenschap maakt hogesterktestaal tot een bijzonder constructiemateriaal.
Als staal zijn vloeigrens bereikt, begint het te vloeien/vervormen zonder dat de spanning verder toeneemt. “Dat klinkt misschien als een nadeel, maar is juist een kracht”, zegt Maatje. “In een stalen balk ontstaat de hoogste spanning meestal aan de randen van de doorsnede. Zodra daar de vloeigrens wordt bereikt, kan het overige deel van de doorsnede – dat nog niet vloeit – extra krachten opnemen. Het vloeiende deel beweegt als het ware mee, waardoor krachten zich herverdelen binnen de constructie. Deze herverdeling zorgt ervoor dat staalconstructies efficiënt en veilig belast kunnen worden.”
Hogesterktestaal kan verder worden opgerekt, voordat de vloeigrens wordt bereikt. “Omdat een materiaal pas kracht kan opnemen als het vervormt, betekent meer toelaatbare vervorming ook een hogere belastbaarheid”, verduidelijkt Maatje. “Een staalsoort als S355 kan meer spanning opnemen dan S235 voordat plastische vervorming optreedt. Dat biedt ontwerpvrijheid: met dezelfde doorsnede kan meer belasting worden gedragen of interessanter, met minder materiaal kan dezelfde prestatie worden geleverd. Je kunt dus op materiaal besparen.”
Het vraagt echter om een zorgvuldige engineering, voegt Maatje eraan toe. “Behalve dat de spanning niet te hoog mag worden, gelden er ook doorbuigingseisen. De stijfheid van staal wordt bepaald door de E-modulus, en die is voor alle gangbare staalsoorten gelijk. Of men nu S235 of S690 toepast: de elasticiteitsmodulus verandert niet. Dat betekent dat een slankere balk van hogesterktestaal weliswaar sterker is, maar niet stijver. Doorbuiging moet dus beheerst worden via het ontwerp, bijvoorbeeld door hogere liggers of spantconstructies toe te passen. Hogesterktestaal stimuleert daarmee slimme, efficiënte constructievormen.”
En door die efficiëntere vormen kan op materiaal worden bespaard. “Door over te stappen van S235 naar S355 kan in veel gevallen circa 10 procent staal worden bespaard”, geeft Maatje als voorbeeld. “Dat betekent minder gewicht, minder transport en een lagere CO2-footprint. Zeker in het kader van duurzaam bouwen is dit een relevante stap. In Scandinavische landen is S355 in de bouw al jarenlang de standaard, terwijl in de Benelux en Duitsland S235 nog veel wordt toegepast. Hier ligt dus potentieel.”
Productietechnisch is hogesterktestaal in wezen hetzelfde materiaal. “Het verschil ontstaat tijdens het walsproces. Door nog gecontroleerder te walsen, verandert de microstructuur van het staal op atoomniveau, wat resulteert in een hogere treksterkte”, legt Maatje uit. Hogesterktestaal is dus geen exotisch materiaal, maar een verfijning van een bestaand proces.” Wel neemt bij het gebruik van hogere staalsoorten de complexiteit van lassen toe. “Er worden strengere eisen gesteld aan laskwaliteit om scheurvorming te voorkomen. Ook bij vermoeiing, zoals in bruggen, biedt een hogere staalsoort geen automatisch voordeel. Vermoeiingsweerstand neemt niet evenredig toe met de vloeigrens; daar zijn vaak dikkere platen of aangepaste detailleringen voor nodig.”
Toch profiteren sectoren als de zware hijsindustrie en offshore al decennialang van de kracht van hogesterktestaal. “Bedrijven als Mammoet en Huisman bouwen kranen en installaties waarbij gewichtsbesparing cruciaal is. Daar is het gebruik van hogesterktestaal gemeengoed. De techniek is dus beschikbaar en beproefd. De uitdaging in de bouw ligt in het anders ontwerpen en het aanpassen van de keten, van voorraadbeheer tot uitvoering. Wie bereid is verder te kijken dan de standaardoplossing, kan met hogesterktestaal efficiënter, lichter en dus duurzamer bouwen. Als branchevereniging doen we ons best om dat over de bühne te brengen.”
