Staal is een van de meest gebruikte constructiematerialen vanwege zijn sterkte, schrootwaarde en transportgemak. Het wordt gebruikt voor leidingen (water-, perslucht- en gasdistributie), nutsleidingen, brandstofdistributiestructuren, riolering systemen, pontonconstructies en een groot aantal accessoires zoals blokken, schoenplaten, bolders, hangers, dilatatievoegen en ankers. Staalconstructies zijn onderhevig aan verschillende milieu- en andere risico's die hun structurele integriteit, veiligheid en levensduur ernstig in gevaar brengen.
Corrosie
Staal is gevoelig voor corrosie in buitenatmosferen. Corrosie is de vernietiging van een metaal als gevolg van zijn reactie met zuurstof uit de lucht. Deze elektrochemische oxidatie produceert metaaloxide of roest. Staalconstructies moeten adequaat worden beschermd door het aanbrengen van een geschikte barrière tussen het metalen element en de atmosfeer. Oppervlaktevoorbereidingen zorgen voor de bescherming en verlengen de levensduur van een staalconstructie. Enkele veel voorkomende methoden voor de voorbereiding van stalen oppervlakken zijn droogstralen, waterstralen, koolteercoatings, verf en het vervangen van staal door corrosiebestendige legeringen, zoals:
- titanium legeringen
- nikkellegeringen
- aluminiumlegeringen
- roestvrij staal
Deze en andere corrosiebeschermende methoden zijn typisch duur en worden beperkt door praktische beperkingen zoals toegankelijkheid, locatie en tijd.
Vuurvaste behandeling
Stalen structurele elementen vereisen een dure vuurvaste behandeling. Hoewel stalen elementen, zoals op zichzelf staande constructies, onbrandbaar zijn, neemt hun sterkte af bij hoge temperaturen als gevolg van brand of wanneer andere materialen in een gebouw verbranden, waardoor ze vatbaar zijn voor knikken. Bovendien ontsteekt staal, dat een uitstekende warmtegeleider is, materialen die met elkaar in contact komen en branden die zich snel uitbreiden naar andere delen van een gebouw. Staalconstructies kunnen extra brandwerendheid vereisen en gebouwen moeten mogelijk worden geïnstalleerd met geschikte sprinklersystemen, zoals gedefinieerd door de bouwvoorschriften van een bepaalde plaats. Brandwerende coatings, zoals geëxpandeerde minerale coatings, beton en opzwellende materialen, zorgen ervoor dat de temperatuur van staal bij brand niet de ontstekingsgrenzen overschrijdt. Vaak zijn staalconstructies ingesloten in gipsblokken, metselblokken, gipsplaat en kleitegelbehuizingen die ze beschermen tegen hitte. Deze behuizingen zijn doorgaans duur en vereisen extra onderhoud.
Vermoeidheid en breuk
Volgens Jack C. McCormac in het boek "Structural Steel Design" zijn stalen elementen gevoelig voor vermoeiing. Grote variaties in treksterkte stellen stalen elementen bloot aan overmatige spanning, waardoor de algehele sterkte afneemt. Staal is ook vatbaar voor brosse breuk wanneer het zijn taaiheid verliest. Dit vergroot de kans op knikken, wat meestal wordt gecompenseerd door dure stalen kolommen toe te voegen die de primaire structuur verstijven.