Statica bij kabelhouders in isolatie

Touwhouders zijn "uitkragende armen" in de zin van "technische mechanica", d.w.z. uitstekende stangen. Aan het uiteinde van deze uitkragende armen worden de touwen voor begroeiing bevestigd. Door voorspanning in deze touwen, door het gewicht van de planten, water op de bladeren, door storm en eventueel door vandalisme. ontstaan daar krachten van ca. 50 kg (statisch correct: 500 N zoals "Newton"). Dit, vermenigvuldigd met een wandafstand/hefboom van bijvoorbeeld 10 cm of 0,1 m, genereert zogenaamde "buigmomenten" van ca. 50 Newtonmeter (Nm).

Touwhouders voor isolatie worden bijna altijd in de dragende muur, dus achter de isolatielaag, met composietmortel bevestigd. Een op deze manier vastgelijmde draadstang is – statisch gezien – in eerste instantie weer een 'ingespannen uitkraging'. Aangezien de touwhouder alleen in de binnenste, dragende muur wordt bevestigd, kan de isolatielaag als lucht worden beschouwd. Bij een wandafstand van 10 cm buiten de isolatie en een isolatiedikte van 15 cm heeft de kabelhouder dan de facto een 'wandafstand' van 25 cm, en deze lengte wordt nu belast op buiging! Er ontstaat een buigmoment dat vanwege de langere hefboomarm ongeveer 2,5 keer groter is dan bij wanden zonder isolatie, zie hierboven.

Zoals al beschreven op de pagina "Tips voor kabelhouders" worden KABELhouders altijd extra belast, bijvoorbeeld door de voorspanning van de kabels. Houders voor metalen roosters of houten latwerk veroorzaken minder buigmomenten en zijn dus minder kritisch. Daarom worden hieronder vooral KABELhouders bekeken. Hierbij doen zich drie statische problemen voor, die samen met de oplossingen worden besproken.

"Buiging" of "buigstijfheid" is het allesoverheersende thema bij muren met WDVS, want naarmate de isolatiedikte toeneemt, wordt het steeds moeilijker om een kabelhouder buigstijf te maken. Bij bijna alle houders van FassadenGrün loopt de draadstang door tot aan de kop van de houder, dus tot aan de klem van het touw. Hoe dikker de isolatielaag en hoe groter de afstand tot de buitenmuur, hoe meer de draadstang buigt, totdat hij knikt!

Als eerste tegenmaatregel wordt daarom geprobeerd om de draadstang en het hefboomeffect te verkorten, bijvoorbeeld door bij grote isolatiediktes aan de buitenkant alleen nog maar beperkte wandafstanden voor de staalkabel toe te staan. Dit geldt voor veel kabelhouders die FassadenGrün voor isolatie aanbiedt.

Ten tweede wordt soms geprobeerd om de draadstang dikker te maken (bijvoorbeeld M16 in plaats van M12) en zo het buigen te bemoeilijken. Ook het aanbrengen van een "steunconus" draagt bij aan het "dikker" maken van de draadstang.

Een derde manier is om de 'belastingen' of krachten die op de kabelhouder inwerken te verminderen door de spanning in de staalkabel te verminderen. Bij veel houders uit ons assortiment zijn daarom bij grote isolatiediktes alleen nog kabeldiameters van 3 mm of 1,8 mm toegestaan. Het kabel wordt dus in de richting van de 'draad' bijgesneden, waardoor het zwakke punt van het systeem wordt verplaatst van de houder naar het kabel, dat bij hoge belastingen uitrekt en eventueel breekt, maar zo de kabelhouder ontziet.

Een vierde maatregel is het verminderen van de klemkracht op de staalkabel. De kabel wordt dus minder strak vastgeklemd, waardoor deze onder belasting eerder in de klemkop kan 'wegglijden'. Er ontstaat een overbelastingsbeveiliging – de wandbevestiging wordt minder belast. Deze maatregel kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door de borgschroeven in de klemkop zachter in te draaien, met minder kracht of 'koppel'. Omdat dit in de praktijk nauwelijks te definiëren is, heeft FassadenGrün een "veiligheidskruiskop" ontwikkeld die op een M12-draadstang past, maar voor de cruciale stelschroef slechts een M8-schroefdraad heeft. Kleine borgschroef >>> korte inbussleutel >>> minder hefboomwerking >>> minder klemkracht. Dit effect wordt versterkt doordat er geen M8-borgschroef met "ringrand" wordt gebruikt, maar een met een vlak klemoppervlak.

Verder wordt geprobeerd om het "bevestigingspunt" en daarmee het buig- of knikpunt naar voren of naar buiten te verplaatsen, wat op zijn beurt het hefboomeffect en de buiging sterk vermindert. Puur fictief werd hier (afbeelding) aangenomen dat de isolatielaag werd vervangen door een vaste wand en dat de draadstang daarin op dezelfde manier werd vastgelijmd als achterin de 'dragende wand'... Het verplaatsen van het buig- of knikpunt is bijzonder effectief, maar ook bijzonder omslachtig, zoals hieronder wordt beschreven.

In plaats van de hele isolatielaag te vervangen door een massieve muur, zoals in de afbeelding hierboven weergegeven, kunnen kleine steunelementen worden gebruikt. Dit is een voordelige oplossing voor geringe isolatiediktes.

De beweegbare steunen worden op de draadstang geschoven en in de isolatie gemonteerd. Met een sluitring en moer worden ze tegen de muur gedrukt en stevig vastgezet. Hierdoor ontstaat echter een aanzienlijke "voorspanning", die de plaats van de verlijming belast. Daarom blijft deze oplossing beperkt tot muren met een zeer stevige ondergrond, zie voor meer informatie "Tips". 

Soms worden ook steunelementen van PE-buizen geplaatst en vastgezet. Afgezien van materiaalproblemen (polyethyleen - PE is een thermoplast en is onder belasting niet permanent vormvast) ontbreekt bij de voorgespannen draadstang dan de strakke, zijdelingse geleiding in het gebied van het steunelement. Dit geldt eventueel ook voor steunelementen van massief PUR-hardschuim: de draadstang drukt zijdelings in de wand.

Vooral bij dikke isolatie wordt de doorbuiging door dit gebrek weer versterkt. De stang buigt dan onder belasting meerdere keren, als het ware golfvormig. De zo verkregen "vrijheid" leidt ertoe dat de draadstang ook aan de buitenkant, voor de wand, sterker kan buigen. De stabiliteitswinst door het naar voren verplaatsen van het buigpunt wordt daardoor gedeeltelijk tenietgedaan.

Bij het naar buiten verplaatsen van het buig- en knikpunt ontstaat een ander probleem: door het spannen ontstaat er een "voorspanning" in de draadstang. Deze neemt nog verder toe wanneer de draadstang wordt belast door buiging en neemt nogmaals toe wanneer de wandafstand aan de buitenkant groot is. Hoe langer en dunner het binnenste schroefdraadstuk nu is, hoe meer het meegeeft als gevolg van deze 'voorspanning' en onder de spanningen die de staalkabel extra veroorzaakt. De draadstang wordt uitgerekt en wordt langer. Zelfs een zeer sterke, stijve kabelhouder kan dan niet meer stijf aan de buitenkant van de isolatie worden bevestigd met een draadstang, omdat er aan de draadstang die "rek" optreedt en de houder kantelt.

Steunelementen kunnen van verschillende materialen zijn gemaakt. In hun holle kern kan de draadstang in composietmortel worden 'ingebed', waarna deze als het ware in een blok van epoxyharsmortel wordt gegoten. De steunelementen zijn dan niet meer beweegbaar, maar star verbonden met de draadstang. Zo kan de rek ("probleem 03", zie hierboven) sterk worden verminderd.

Bij inbouw in de muur ontstaat dan ook geen voorspanning meer, waardoor de plaats van de verlijming minder wordt belast. Tegelijkertijd wordt de bewegingsvrijheid naar de zijkant beperkt ("probleem 02", zie hierboven) en kan de draadstang niet meer buigen in het gebied van de isolatielaag... FassadenGrün past deze aanpak toe bij alle XP-kabelhouders, maar ook bij "steunconussen" en bij de "combi-variant".