De vaststelling van de breukrek vindt doorgaans plaats in een gecontroleerde laboratoriumomgeving middels een trekproef. Een gestandaardiseerd proefstuk wordt tussen de zware klemmen van een trekbank geplaatst. De machine oefent vervolgens een eenassige trekbelasting uit. Deze kracht neemt met een constante snelheid toe. Terwijl de spanning stijgt, registreren sensoren of rekstrookjes nauwgezet elke micrometer aan lengteverandering.
Bij taaie materialen zoals bepaalde staalsoorten treedt na de elastische fase een vloeigebied op. Het materiaal vervormt blijvend. Er ontstaat insnoering; de diameter van het proefstuk verkleint lokaal aanzienlijk vlak voordat de definitieve scheiding plaatsvindt. Brosse materialen kennen dit traject nauwelijks. Daar volgt de breuk nagenoeg direct op de elastische grens. Het spat uiteen. Geen waarschuwing. Geen zichtbare vervorming vooraf.
Na het bezwijken worden de losse delen tegen elkaar gelegd. De afstand tussen vooraf aangebrachte meetpunten wordt opnieuw gemeten. Deze eindlengte minus de beginlengte vormt de basis voor de berekening van de rek. In de dagelijkse bouwpraktijk openbaart de breukrek zich vooral bij het falen van componenten die onderhevig zijn aan temperatuurschommelingen of zettingen, zoals kitvoegen in gevels of membranen op daken, waarbij de overschrijding van de maximale rek direct leidt tot lekkage of onthechting.
In de betonbouw is de ene staaf de andere niet. We onderscheiden wapeningsstaal op basis van ductiliteitsklassen, waarbij de breukrek (vaak aangeduid als Agt) de doorslag geeft. Klasse A vertegenwoordigt staal met een beperkte rekcapaciteit. Voor de meeste standaardconstructies volstaat dit prima. Echter, bij ontwerpen waar plastische scharniervorming cruciaal is om instorting te voorkomen, zoals in aardbevingsgevoelige gebieden, grijpt men naar klasse C. Dit staal heeft een zeer hoge breukrek. Het absorbeert energie. Het vervormt enorm zonder te bezwijken. Een veiligheidsmarge in metaal gegoten. Waar klasse B de middenweg bewandelt, vormt klasse C de uiterste grens van wat we aan taaiheid van staal verlangen.
| Materiaaltype | Karakteristiek | Typische Breukrek |
|---|---|---|
| Epoxyhars | Bros en stijf | < 5% |
| Polyurethaan (PU) | Taaie elasticiteit | 150% - 400% |
| Siliconenkit | Hoog-elastisch | > 500% |
De variatie binnen de bouwchemie is gigantisch. Constructieve lijmen hebben een verwaarloosbare breukrek; zij moeten starheid bieden en krachten direct overbrengen. Beweging is daar de vijand. Bij dilatatievoegen draait het juist om het omgekeerde principe. Een kit met een lage breukrek scheurt direct bij de eerste winterse krimp van de geveldelen. Hier maken we onderscheid tussen 'high modulus' en 'low modulus' varianten. De laatste groep is de kampioen in rekken. Ze blijven functioneren terwijl de voegbreedte verdubbelt.
Beton is van nature een materiaal met een bijna deprimerend lage breukrek. Het knapt simpelweg zodra de trekspanning de interne cohesie overwint. Door toevoeging van staalvezels of synthetische vezels verandert dit fundamenteel. We spreken dan over vezelversterkt beton. De vezels fungeren als bruggetjes over de microscheuren. Ze verhogen de breukrek niet van het betonmengsel zelf, maar wel van het samengestelde element. Het resultaat? Een pseudo-ductiel gedrag. Het materiaal vertoont na de eerste scheurvorming nog steeds een zekere mate van rekcapaciteit. Dit voorkomt bros falen. Het geeft de constructie tijd.
Stel je een zwaarbelaste betonbalk voor in een parkeergarage. De wapening in de balk is van klasse C-staal met een hoge breukrek. Bij extreme overbelasting knapt de balk niet direct. Het staal begint te vloeien. De vloer gaat merkbaar doorhangen. Beton brokkelt onderaan af. Deze vervorming is een visuele waarschuwing voor gebruikers. Zonder deze rekcapaciteit zou de constructie bros falen: een plotselinge klap zonder enige aankondiging vooraf.
Een bakstenen gevel van dertig meter lang krimpt tijdens een koude winternacht. De verticale dilatatievoeg wordt hierdoor breder. De kit in de voeg moet deze beweging opvangen. Is de kit verouderd en de breukrek afgenomen door UV-straling? Dan treedt er cohesiebreuk op. De kit scheurt in het midden simpelweg doordat de reklimiet is bereikt. Water krijgt vrij spel achter de gevelsteen.
Een dakdekker brandt een nieuwe laag bitumen op een isolatiepakket. Tijdens de zomerse hitte zetten de onderliggende isolatieplaten uit. De naden tussen de platen worden kleiner en groter. Een kwalitatief hoogwaardig membraan met een hoge breukrek vangt deze cyclische bewegingen decennialang op. Bij een goedkope variant met lage breukrek ontstaan er na enkele jaren haarscheurtjes boven de plaatnaden. Het resultaat is een lekkage die lastig te lokaliseren is.
Bij de aanleg van een weg op een slappe ondergrond wordt geotextiel toegepast. Wanneer de zware funderingslaag wordt aangebracht, drukt de last het doek in de zachte bodem. Het textiel moet zich naar de contouren van de ondergrond vormen. Hier is een hoge breukrek essentieel. Het materiaal rekt mee zonder te scheuren op de scherpe randen van het gebroken puin. De scheidende functie blijft intact.
Regels zijn geen suggesties in de constructiewereld. De Eurocode 2 (NEN-EN 1992) ziet de breukrek niet als een leuk extraatje, maar als een fundamentele veiligheidseis voor betonconstructies. De wetgever eist via het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) dat een gebouw niet zomaar bezwijkt. Het moet robuust zijn. De norm koppelt de rekenwaarde van de constructie direct aan de ductiliteitsklasse van het staal. Een klasse C-staaf moet minimaal 7,5% rek vertonen bij maximale belasting ($A_{gt}$). Dat is de wet van de constructeur. Zonder deze rekcapaciteit is plastische herverdeling van krachten in een statisch onbepaalde constructie onmogelijk te berekenen.
NEN-EN 10080 bepaalt de spelregels voor de productie van wapeningsstaal. De fabrikant levert niet zomaar ijzer. Het is een gecertificeerd product met een gegarandeerde Agt-waarde. Voor staalconstructies in de breedte is NEN-EN 1993 de leidraad. Hierin wordt de minimale verhouding tussen de treksterkte en de vloeigrens vastgelegd. Dit zorgt ervoor dat het materiaal eerst waarschuwt door te rekken voordat het knapt. Voor de bouwchemie, specifiek voor kitten, is de NEN-EN 15651-reeks essentieel. Deze norm classificeert kitten op basis van hun 'Movement Accommodation Capability'. Een kit met de aanduiding 25LM moet 25% beweging kunnen opvangen zonder dat er cohesie- of adhesiebreuk optreedt. Falen hierin betekent simpelweg dat het product niet voldoet aan de CE-markering voor die specifieke toepassing.
In de praktijk betekent dit dat een aannemer niet zomaar kan afwijken van het bestek. De voorgeschreven materialen zijn gekozen op basis van hun mechanische eigenschappen die weer verankerd zijn in deze Europese normen. Een lagere breukrek dan voorgeschreven is een directe schending van de constructieve veiligheidseisen uit het BBL.
In de begindagen van de metaalkunde was de beoordeling van breukrek een louter visuele aangelegenheid. Smeden keken naar de korrelstructuur van een gebroken staaf om de kwaliteit in te schatten. De echte technische noodzaak voor het kwantificeren van rek ontstond halverwege de negentiende eeuw. Gietijzeren constructies faalden plotseling en catastrofaal. Geen waarschuwing vooraf. Ingenieurs zoals David Kirkaldy begrepen dat alleen treksterkte niet volstond voor veilige bruggen en stoomketels. In 1865 richtte hij in Londen het eerste commerciële testlaboratorium in, waar hij materialen letterlijk tot het uiterste dreef om hun ductiliteit vast te leggen.
Met de overgang van bros gietijzer naar taaier gewalst staal veranderde de rekenmethode voor constructies fundamenteel. De introductie van gestandaardiseerde trekbanken aan het begin van de twintigste eeuw maakte de breukrek een harde eis in bestekken. Men wilde niet alleen weten wanneer een materiaal brak, maar vooral hoeveel het toegaf voordat het zover was. De behoefte aan voorspelbaarheid dreef de innovatie.
In de jaren vijftig en zestig volgde de bouwchemische revolutie. Nieuwe polymeren en synthetische rubbers brachten rekpercentages naar de markt die voorheen ondenkbaar waren. Waar men voorheen vertrouwde op stijve mortels of stopverf, introduceerden siliconen en polyurethaan een nieuwe dimensie van vervormbaarheid in dilataties. De geschiedenis van breukrek is hiermee feitelijk de geschiedenis van het beheersen van onverwacht falen door middel van gecontroleerde vervorming.