Het proces vangt aan met de uiterst precieze positionering van het proefstuk in de testbank. Uitlijning is alles. Een minieme afwijking van de verticale as veroorzaakt namelijk ongewenste buigspanningen die de zuivere meetresultaten onherroepelijk vertroebelen. Klemmen grijpen staalstaven vast. Drukplaten raken betonkubussen. De machine voert de belasting vervolgens geleidelijk op, vaak via een hydraulisch systeem dat een constante kracht- of vervormingssnelheid aanhoudt.
Gedurende de cyclus registreren elektronische krachtopnemers en extensometers elke micrometer aan beweging en elke Newton aan weerstand. Dit gebeurt continu. Terwijl de spanning in het materiaal oploopt, ontstaat er een digitaal spanning-rekdiagram. Dit visualiseert de transitie van elastische naar plastische vervorming. Soms hoor je alleen het monotone gezoem van de hydraulische pomp, een stilte die abrupt wordt doorbroken wanneer het materiaal zijn uiterste grens bereikt. De bezwijklast is bereikt. Het materiaal faalt.
Na de feitelijke breuk volgt de visuele beoordeling van het monster. Men kijkt naar het breukvlak. Een symmetrische breuk bij beton wijst op een correcte drukverdeling, terwijl een grillig patroon kan duiden op inhomogeniteit in de mortel of een foutieve monstername. De verzamelde data uit de software vormen tenslotte de basis voor de formele verificatie tegen de geldende Eurocodes of productspecificaties.
In de praktijk maken we een scherp onderscheid tussen de alleskunners en de specialisten. De universele testmachine, in vaktaal vaak de UTM (Universal Testing Machine) genoemd, is de kameleon onder de sterkte testers. Dankzij modulaire koppen voert dit apparaat zowel trek-, druk- als buigproeven uit op een breed scala aan materialen, van polymeren tot composieten. Voor de zware industrie volstaat zo'n hybride oplossing vaak niet. Hier domineert de specifieke trekbank, een machine die uitsluitend is geconstrueerd om de enorme vloeigrenzen van staalconstructies en wapeningsnetten te bepalen. De krachten zijn hierbij zo groot dat de constructie van de machine zelf een toonbeeld van stijfheid moet zijn.
Aan de andere kant van het spectrum vinden we de drukbank. Deze is specifiek afgestemd op de behoeften van de betonindustrie. Waar een trekbank focust op de rek, draait het bij een drukbank om het verpletteren van genormeerde kubussen of cilinders. Een specifiek type dat vaak verward wordt met een zuivere sterkte tester is de hydraulische vijzel voor in-situ metingen; deze wordt op de bouwplaats gebruikt om de uittrekwaarde van ankers te bepalen. Het is een draagbare variant die de laboratoriumprecisie naar de steiger brengt.
Niet elke sterkte tester vernietigt het proefstuk. Hoewel de klassieke trek- of drukbank per definitie destructief werkt, bestaan er varianten die de sterkte via een omweg schatten. De terugslaghamer, beter bekend als de Schmidt-hamer, is hier het bekendste voorbeeld van. Strikt genomen meet dit instrument de oppervlaktehardheid, maar via ijklijnen vertalen constructeurs dit direct naar de druksterkte van het beton. Het is een snelle methode. Geen stof, geen breuk, maar wel minder nauwkeurig dan de hydraulische pers in het lab.
| Type Tester | Toepassing | Resultaat |
|---|---|---|
| Trekbank | Wapeningsstaal, kabels | Vloeigrens en treksterkte |
| Drukbank | Betonkubussen, kalkzandsteen | Druksterkte (f'ck) |
| Buigbank | Houten balken, dakpannen | Buigtreksterkte |
| Schmidt-hamer | Bestaande constructies | Indicatieve druksterkte |
Soms hoor je technici spreken over een 'hardheidsmeter' wanneer ze een sterkte tester bedoelen. Dit is technisch onjuist. Hardheid betreft de weerstand tegen indringing aan het oppervlak, terwijl sterkte de cohesie van de gehele materiaalstructuur betreft. Toch liggen de waarden in de metaalkunde vaak in elkaars verlengde, wat de spraakverwarring verklaart. In de houtbouw spreekt men vaker over een sorteermachine; deze meet de stijfheid (E-modulus) via ultrasone trillingen of buiging om de sterkteklasse te bepalen zonder de plank daadwerkelijk te breken.
Een uitvoerder vult op de bouwplaats drie stalen mallen met verse betonmortel. Die kubussen gaan naar het lab. Na exact achtentwintig dagen harden verdwijnen ze onder de massieve drukplaat van een stationaire drukbank. De machine bromt. De druk loopt gestaag op naar de vereiste 37 Newton per vierkante millimeter. Dan klinkt er een doffe knal en vertoont de kubus de karakteristieke zandlopervormige breuk. Goedgekeurd. De bekisting van de bovenliggende vloer mag eindelijk los.
Renovatie van een parkeerkelder. De constructeur twijfelt aan de resterende trekkracht van de oude ankers in de betonbalken. Een inspecteur plaatst een mobiele treksterktetester over een draadeind. Hij draait de mechanische vijzel handmatig aan. Terwijl de wijzer op de manometer trilt, houdt hij de console nauwlettend in de gaten op tekenen van uittrek of scheurvorming. De meter tikt de 20 kN aan zonder dat het beton bezwijkt. De veiligheid is aangetoond. Geen laboratorium, maar directe zekerheid op de steiger.
In de staalbouw ziet het er anders uit. Een reststuk van een dikke wapeningsstaaf wordt tussen de getande klemmen van een universele trekbank gespannen. Het staal wordt letterlijk uitgerekt. Je ziet de staaf langzaam dunner worden in het midden, het zogenaamde insnoeren, alsof het materiaal plotseling vloeibaar is geworden. Dan volgt de breuk. Een harde, metaalachtige knal galmt door de testruimte. De software plot direct de vloeigrens en de uiterste treksterkte op het scherm. Zwart op wit staat vast dat deze batch staal voldoet aan de B500B-norm voor de fundering van een nieuwe woontoren.
De juridische grondslag voor het gebruik van een sterkte tester ligt verankerd in het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL). Veiligheid is leidend. In dit besluit wordt direct en indirect verwezen naar de Eurocodes, zoals NEN-EN 1992 voor betonconstructies en NEN-EN 1993 voor staal. Deze normen stellen strikte eisen aan de mechanische eigenschappen van bouwmaterialen. Zonder gecertificeerde testresultaten is een constructie juridisch simpelweg niet onderbouwd.
Specifieke beproevingsmethoden zijn gedetailleerd vastgelegd in Europese productnormen. Voor beton is de NEN-EN 12390-serie bepalend. Deze serie schrijft nauwkeurig voor hoe een drukbank moet functioneren en aan welke toleranties de belastingstoename moet voldoen. Voor metalen geldt de NEN-EN ISO 6892-1 als de standaard voor trekproeven. Kalibratie van de apparatuur is hierbij geen vrijblijvende keuze. Volgens NEN-EN-ISO 7500-1 moet de meetonzekerheid periodiek worden aangetoond om de rechtsgeldigheid van de proefresultaten te garanderen.
De Europese Verordening Bouwproducten (CPR) speelt eveneens een rol van betekenis. Fabrikanten zijn verplicht een prestatieverklaring (DoP) op te stellen. Deze verklaring stoelt op data die uit sterkte testers voortvloeien. Geen valide testdata betekent geen CE-markering. In de praktijk fungeert de sterkte tester dus als de scheidsrechter tussen theoretische ontwerpwaarden en de weerbarstige realiteit van de bouwplaats.
De wortels van de sterkte tester liggen dieper dan velen vermoeden. Leonardo da Vinci experimenteerde al met de treksterkte van ijzerdraad door mandjes met zand te vullen tot de draad knapte. Simpel. Effectief. Toch bleef materiaalonderzoek eeuwenlang een kwestie van trial-and-error op de bouwplaats zelf. Pas rond 1729 bracht Pieter van Musschenbroek systematiek in de chaos met zijn 'Musschenbroek-machine', een houten raamwerk dat gebruikmaakte van hefbomen om de trekkracht van metalen en hout te kwantificeren. Het was het prille begin van de mechanica als meetbare wetenschap.
De Industriële Revolutie fungeerde als de grote katalysator. Spoorwegen en gietijzeren bruggen vereisten absolute betrouwbaarheid; een breuk betekende hier direct een catastrofe. In 1866 opende David Kirkaldy in Londen zijn 'Testing and Experimenting Works', waar hij een gigantische hydraulische machine van ruim dertig meter lang installeerde. Deze machine kon zowel trek- als drukkrachten aan tot een miljoen pond. Voor het eerst in de geschiedenis konden ingenieurs hun ontwerpen baseren op harde cijfers in plaats van op veilige, maar dure overdimensionering. De testbank werd hiermee de scheidsrechter van de vooruitgang.
In de twintigste eeuw verschoof de focus van brute mechanische kracht naar elektronische precisie. Waar men vroeger afhankelijk was van de uitslag van een fysieke wijzer of de rek van een veer, zorgde de uitvinding van de elektrische rekstrook in de jaren '30 voor een revolutie in de meetnauwkeurigheid. Na de Tweede Wereldoorlog deden computers hun intrede. De hydrauliek bleef de spierkracht leveren, maar de aansturing werd fijnmazig. Tegenwoordig zijn de logge machines van weleer vervangen door compacte, computergestuurde units die realtime stress-strain curves plotten. De knal bij de breuk is gebleven, maar de weg ernaartoe is nu tot op de micrometer gedocumenteerd.
Encyclo | Ots-testequipment | Wurth | Kiwa | Zwickroell | Nl.defelsko | Benelux-scientific | Buildsoft | Industrialphysics | Sgs | Hilab | Hydraulicuniversaltestingmachine | Hartech | Metil