Pons

Kracht is de essentie bij ponsen. Het is een mechanisch scheidingsproces waarbij een stempel met hoge druk door een materiaal wordt gedreven, terwijl een matrijs aan de onderzijde voor de nodige tegendruk en vormvastheid zorgt. In de werkplaats betekent dit tempo. Veel sneller dan boren. Geen spiraalvormige spanen maar harde, schijfvormige afvalstukken die we 'slugs' noemen. De snede is doorgaans strak, al kan de uittreezijde een braam vertonen die nabewerking vereist. Vooral bij repeterend werk aan plaatstaal, hoeklijnen of dikke strippen voor staalconstructies is de ponsmachine onverslaanbaar in efficiëntie.

Mechanische bewerking van metaal

De uitvoering vangt aan bij de nauwkeurige positionering van het werkstuk op het ondermes of de matrijs. Een stempel daalt onder enorme mechanische of hydraulische druk neer op het oppervlak. Het materiaal vervormt eerst plastisch. Zodra de afschuifsterkte van het metaal wordt overschreden, vindt de feitelijke scheiding plaats. Een korte, hevige impact. De stempel drukt de materiaalkern door de matrijsopening heen, waarna de zogenaamde 'slug' wegvalt aan de onderzijde van de machine. Bij de inzet van ponsmachines in de staalbouw is de snijspeling tussen de stempel en de matrijs bepalend voor de kwaliteit van de snede. Een te grote speling veroorzaakt overmatige braamvorming aan de uittreezijde van het gat.

Bij repeterende werkzaamheden, zoals het gatenpatroon in een hoeklijn of een reeks strippen, wordt vaak gebruikgemaakt van een aanslagsysteem of een CNC-gestuurde invoerbaan. De snelheid van de cyclus is kenmerkend. Er vindt nauwelijks warmteoverdracht naar het omringende materiaal plaats, wat een voordeel is ten opzichte van thermische snijprocessen. Na de impact trekt de stempel zich terug, waarbij een afstroper het werkstuk op zijn plaats houdt om te voorkomen dat het materiaal mee omhoog beweegt.

Constructieve uitvoering in beton

In de betonbouw richt de uitvoering zich op de preventie van het proces. Het gaat hier om de beheersing van schuifspanningen rondom puntvormige ondersteuningen. Voorafgaand aan de betonstort worden specifieke wapeningsconfiguraties in de bekisting aangebracht. Dit omvat vaak het vlechten van ponsbeugels of het plaatsen van geprefabriceerde deuvelstrips rondom kolomkoppen. Deze elementen moeten exact volgens de statische berekening worden gefixeerd. De realisatie van een ponsvaste verbinding vereist een zorgvuldige verdichting van het beton rondom deze dichte wapeningsconcentraties om een volledige krachtsoverdracht tussen staal en beton te waarborgen.

Constructieve bezwijking in beton

In de betonbouw is pons een kritieke faalvorm die ontstaat wanneer de schuifspanningen rondom een puntvormige last de capaciteit van de betonconstructie overschrijden. Dit fenomeen concentreert zich vrijwel uitsluitend bij de overgang van verticale steunpunten naar horizontale vlakken, zoals de aansluiting van een kolom op een vlakke plaatvloer of een funderingspoer. De primaire oorzaak ligt in een disbalans tussen de optredende dwarskracht en de dikte van het betonpakket in combinatie met de aanwezige wapening. Wanneer de lokale belasting te hoog is, wordt de interne cohesie van het beton overwonnen.

Het effect is zonder meer catastrofaal te noemen. Pons kenmerkt zich door een brosse breuk. Dit betekent dat er nagenoeg geen waarschuwing vooraf optreedt in de vorm van grote vervormingen of scheurvorming die voor het menselijk oog tijdig zichtbaar zijn. De kolom drukt letterlijk een kegelvormig deel uit de vloer, de zogenaamde ponskegel. De vloer verliest direct zijn oplegging en zakt plotseling naar beneden. Een kettingreactie waarbij omliggende kolommen eveneens bezwijken onder de extra last is een reëel risico bij dit type constructief falen.

Defecten bij mechanische bewerking

Bij het mechanisch ponsen van staal en andere metalen treden ongewenste effecten op wanneer de procesparameters niet exact zijn afgestemd op de materiaaleigenschappen. Een onjuiste snijspeling tussen de stempel en de matrijs is hier de hoofdschuldige. Is de speling te groot? Dan wordt het materiaal te ver in de matrijs getrokken voordat de feitelijke scheiding plaatsvindt. Het resultaat is een forse braamvorming aan de onderzijde van het werkstuk en een gat dat niet langer zuiver cilindrisch is. Bij een te krappe speling slijt het gereedschap excessief snel en stijgt de benodigde drukkracht tot extreme waarden, wat kan leiden tot gereedschapsbreuk of ongewenste vervorming van het omringende plaatmateriaal.

Verscheidenheid in de werkplaats

In de metaalbewerking varieert de apparatuur van een eenvoudige handponstang voor dun plaatmateriaal tot zware, stationaire hydraulische units. De handponstang vindt men vaak terug bij de installateur voor het maken van gaten in wastafels of dunwandige profielen. Voor het constructieve staalwerk is de revolverponsmachine de standaard. Deze machine beschikt over een roterend magazijn met diverse stempels en matrijzen. Razendsnel wisselen tussen diameters. Een specifieke variant is de ponseenheid op een pons-knipmachine, een veelzijdig werkpaard in de staalbouw dat zowel profielen kort als gaten perst.

Soms wordt de term verward met nibbelen. Hoewel verwant, verschilt de techniek wezenlijk. Bij nibbelen maakt een stempel een reeks overlappende ponsgaten om grotere of grillige vormen uit te snijden. Een staccato proces. Het resulteert in een kartelige rand die bijna altijd een nabewerking vereist. Ponsen daarentegen gebeurt meestal in één enkele slag.

Geometrische verschillen bij kolomverbindingen

Bij het beheersen van ponsspanningen in betonconstructies bepaalt de architectuur vaak de variant. We onderscheiden de vlakke plaatvloer, de paddenstoelvloer en de vloer met verborgen ponswapening. De klassieke paddenstoelvloer is direct herkenbaar aan de verzwaarde kolomkoppen, ook wel kapitelen genoemd. Functioneel en robuust. De verbrede kop vergroot de kritische omtrek en verlaagt zo de schuifspanningen aanzienlijk.

Tegenwoordig prevaleert vaak de vlakke onderzijde voor een ongehinderde loop van installaties. In dat geval wordt gebruikgemaakt van interne ponsversterkingen. Denk aan deuvelstrips of specifiek gevlochten korf-wapening die volledig in de vloerdikte verdwijnen. Bij funderingspoeren spreken we ook van pons, maar hier is de kegelvormige breukvlak-berekening vaak gunstiger door de grote dikte van het beton. De krachtsafdracht werkt daar fundamenteel anders dan bij een relatief dunne verdiepingsvloer. Geen kapiteel nodig, maar wel een massieve massa beton.

In een constructiewerkplaats moet een serie dikke stalen strippen worden voorzien van boutgaten voor een spantverbinding. De vakman kiest de ponsmachine boven de kolomboor. Een doffe klap echoot door de hal. In een fractie van een seconde is het gat geperst, zonder spanen of koelvloeistof. De 'slugs', de ronde afvalstukjes staal, rammelen in de opvangbak. Dit is pure snelheid bij repeterend werk aan zware profielen.

• Parkeergarages: Bij vlakke betonvloeren zonder balken zie je vaak extra wapening in de vorm van stalen deuvels rondom de kolomkoppen. Dit voorkomt dat de zware vloer onder belasting als een gatenpons door de kolom heen zakt.
• Installatietechniek: Een loodgieter gebruikt een handbediende schroefpons om een kraangat in een roestvrijstalen spoelbak te maken. Het resultaat is een zuivere, braamvrije cirkel die met een boor nooit zo strak zou worden.
• Staalbouw: Het ponsen van slobgaten in hoeklijnen. Hierdoor ontstaat ruimte voor thermische uitzetting in de constructie, waarbij de precisie van de ponsmachine essentieel is voor de passing van de bouten.

Een brosse breuk door pons in beton is verraderlijk. In een magazijn met een te zwaar belaste entresolvloer kan de vloer plotseling bezwijken bij een kolomverbinding. Er is vaak geen zichtbare scheurvorming vooraf. De kolom drukt simpelweg een kegel uit het beton en de vloer komt in zijn geheel naar beneden. Daarom is de controle op pons een van de meest kritische onderdelen in de berekening van een constructeur.

Kaders voor beton en staal

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) vormt de wettelijke basis voor de constructieve veiligheid van elk bouwwerk in Nederland. Voor de betonconstructeur is de NEN-EN 1992-1-1, beter bekend als Eurocode 2, het cruciale toetsingsinstrument voor ponsberekeningen. Hierin worden de rekenwaarden voor de ponsweerstand van platen strikt gedefinieerd. De bepaling van de kritische omtrek op een afstand 2d van de kolomrand is hierbij leidend. Essentieel voor de stabiliteit. In de staalbouw is de NEN-EN 1090-2 de maatstaf voor de uitvoering van verbindingen. De norm stelt technische beperkingen aan de diameter van de pons in relatie tot de plaatdikte om materiaalbeschadiging te voorkomen.

De uitvoeringsklasse (EXC) bepaalt vaak of ponsen is toegestaan. Bij projecten met een hoge risicocategorie, zoals EXC3 of EXC4, is enkel ponsen vaak onvoldoende door het risico op microscheurtjes en koudversteviging rondom het gat. Nabewerken door ruimen is dan verplicht. De kwaliteit van de snede moet daarbij voldoen aan de toleranties uit NEN-EN-ISO 9013. Arbeidsveiligheid rondom stationaire ponsmachines wordt gereguleerd door de Europese Machinerichtlijn. CE-markering op de apparatuur is een vereiste. Werkgevers moeten daarnaast voldoen aan de Richtlijn Arbeidsmiddelen voor periodieke keuringen van het machinepark. Veiligheid op de vloer begint bij gecertificeerd gereedschap.

Stoom en staal. Daar ligt de oorsprong van de ponsmachine. Terwijl de 19e-eeuwse constructeur zocht naar snelheid, boden hydraulische persen de uitkomst. Weg met de handmatige boor. Het was een brute krachtmeting die de weg plaveide voor de massaproductie van geponste staalprofielen. Aanvankelijk waren de gaten ruw. De machines onvoorspelbaar. Pas met de opkomst van de numerieke besturing (NC) in de jaren '50 en later CNC, transformeerde de pons van een grof smidswerktuig naar een precisie-instrument voor de complexe plaatbewerking die we vandaag kennen.

De ontdekking van het constructieve risico

Bij beton kwam het inzicht later. Veel later. De introductie van de balkloze vloer rond 1900 door pioniers als de Amerikaan C.A.P. Turner veranderde de architectuur definitief. Hij introduceerde in 1906 de 'mushroom slab'. Een vloer die direct op de kolom rustte. Visueel prachtig. Technisch echter een uitdaging waar de toenmalige mechanica nauwelijks raad mee wist. Men vertrouwde op empirische testen. Proberen tot het bezwijkt.

De vroege 20e eeuw kenmerkte zich door een zoektocht naar de juiste wapeningsvorm. Men boog hoofdwapening schuin omhoog richting de kolomkop. Dit was de voorloper van de huidige ponswapening. Pas na enkele catastrofale instortingen wereldwijd in de jaren '70 en '80 verschoof de focus. De theorie werd scherper. De Eurocode verving nationale normen en bracht een gestandaardiseerde rekenmethode voor de kritische omtrek. Van een simpel 'paddenstoeltje' naar complexe deuvelstrips en computermodellen die de brosse breuk proberen te temmen. De geschiedenis van pons is er een van vallen en opstaan. Letterlijk.

• https://nl.wikipedia.org/wiki/Ponsen
• https://www.trumpf.com/nl_NL/oplossingen/toepassingen/ponsen-en-nibbelen/
• https://www.vanveenmetalproducts.nl/metaalbewerking-technieken/ponsen/
• https://teachmeanatomy.info/neuroanatomy/brainstem/pons/
• https://www.befo.nl/nl/metaalbewerking/ponsen
• https://www.devos-gereedschap.nl/nl/meer-informatie/ponsgereedschap
• https://bewerking4metaal.nl/ponsen-van-metaal/