KOersief 89

NUMMER 89 Januari 2013

Innovatieve Materialen

Redactioneel

Redactioneel 3 Voorwoord bestuur

5

Agenda 7 Thema: Innovatieve materialen Interview Eekhout 8

Een treksterkte van 100.000 N/mm2 12

Adaptive structural optimization 14

‘Zo sterk als staal’ 17

Composiet in de praktijk 19

The Cardboard Dome 22

Ontwerpen met sloopafval 26

KOers op de werkvloer Witteveen + Bos 31

Afstudeerverslagen Albert Reitsema 34 Daphne Dales 36

Wij bouwkundigen weten als geen ander onder welke vreselijke betichtingen de bouw gebukt gaat.

Traditioneel, langzaam, ouderwets en zelfs conservatief wagen ze de bouw te noemen. Deze KOersief staat geheel in het teken van het teniet doen van deze beschuldigingen. Het tegendeel is zelfs waar. We zullen u laten zien dat er nog genoeg innovaties plaatsvinden in de bouw.

Het is één innovatie waar we ons in het bijzonder op zullen richten; innovatieve materialen. Daarbij hebben we artikelen over nieuwe materialen zoals de onvoorstelbaar sterke carbon nanotubes of de zeer lichte vezelversterkte composieten. Maar het is niet alleen het nieuwe waar we naar kijken, u kunt ook lezen over het innovatief gebruiken of aanpassen van bestaande materialen zoals karton, sloopafval, lignostone en het gebruik van adaptive structures.

We zullen beginnen met een bijzonder interview met Mick Eekhout waarin de issues van studie, innovatieve materialen en innovatie in de bouw op spraakmakende wijze aan bod komen. Daarnaast kunt u weer helemaal up to date raken met de onderwijsupdate en genieten van de column van Hans Lamers en nog heel veel meer.

Laat mij snel eindigen met u veel plezier te wensen met het lezen van deze 89e KOersief van KOers en 1e KOersief met mij als hoofdredacteur.

Overig Met vriendelijke groet,

KOers onderwijs update Column Hans Lamers

39 42

COlofon 42

Robert Lelivelt Hoofdredacteur KOersief 89

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

3

Voorwoord bestuur

Beste leden, sponsoren en andere relaties, Voor u ligt KOersief 89; de eerste uitgave van het 43e bestuur, maar ook de eerste van het nieuwe kalenderjaar. Ik wil u dan ook een voorspoedig en constructief 2013 wensen!

Sinds de wissel-ALV in oktober hebben we niet stil gezeten. Na een geslaagde KiD volgde een leerzame prestressed-concrete excursie, in samenwerking met professor Hordijk, die onze faculteit per 1 januari helaas heeft verlaten. Ik wens hem veel succes en geluk met zijn nieuwe uitdaging in Delft!

KOers was dit jaar ruim vertegenwoordigd op de nationale Staalbouw-, Beton- ĂŠn Houtdag. Ook de lunchlezing van FLUOR in november viel erg in de smaak. Naast deze activiteiten zijn ook verschillende commissies hard aan het werk. Zo zal de ENCI meerdaagse excursie dit jaar plaatsvinden in zowel Hamburg als Kopenhagen, waarvoor de inschrijvingen zeer snel gevuld waren. Daarnaast heeft de BSR-commissie in december de locatie van de studiereis bekend gemaakt. KOers gaat dit jaar naar Zuid-Korea!

Als bestuur zijn we ook druk bezig met het opzetten van een symposium met een constructief interessant thema.

Het onderwerp houden we nog even geheim, maar houd de website en Facebook van KOers in de gaten!

Zoals de trouwe leden zullen weten, bestaat KOers volgend jaar 35 jaar: een lustrumjaar! Heb je interesse in het plaatsnemen in de lustrumcommissie, kom dan gerust een keertje langs in de KOershoek.

Met vriendelijke groet, Namens het 43e bestuur van KOers,

Rob Wolfs Voorzitter 43e bestuur KOers

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

5

Bijzondere resultaten door slimme prefabricage Bouwen als Lego en daarmee het moeiteloos creëren van bouwwerken - direct voorzien van kleur, ramen en deuren – is voor velen de ultieme gedachte.

Virtueel bouwen is nu realiteit en wordt ondersteund door krachtige computertechnologie. Daarmee zijn constructies veel beter dan voorheen vooraf geconditioneerd te vervaardigen. Constructie-, gevel- en afbouwtechnieken kunnen zich in dat licht gezien nog veel verder ontwikkelen.

Onze kennis en ervaring van ingenieurswerk, productie, montage en het uitvoeringsproces passen we gecombineerd toe in onze projecten. Stap voor stap richting Lego. Het resultaat; eenvoudige, uitgekiende maatwerkelementen en complete wind- en waterdichte prefab casco’s, die onder meer opgebouwd worden uit zeer maatvaste en hoogwaardig afgewerkte sandwichgevelelementen.

Om dit te bereiken zijn we gewend om samen te werken en indien gewenst regie te nemen. Maatwerkontwikkeling lukt het beste binnen samenwerkingsverbanden als een bouwteam of volgens design & construct modellen. Dit resulteert in bouwwerken, die met een minimale organisatie op de bouwplaats - in zeer korte tijd - geassembleerd worden.

Neem gerust eens contact met ons op! Wellicht is een bedrijfsexcursie een goed idee.

Hurks prefabbeton - T (088) 134 50 00 - E info@hurksprefabbeton.nl - Hurks delphi engineering - T (040) 230 95 95 - E info@hurksdelphi-engineering.nl - www.hurks.nl

Evenementen

Agenda 17 januari Lunchlezing Movares Movares zal vertellen wat zij allemaal doen en tevens zullen ze ingaan op hun project betreffende een kunststofburg.

4 februari Evaluatielunch In de eerste week van februari vindt, na het succes van vorige keer, een evaluatielunch plaats. Hierin evalueren we de vakken van afgelopen kwartiel.

Lunchlezing Fluor

22-11-2012

6 februari Symposium Wat we precies gaan doen, houden we nog even geheim. In ieder geval zal het een interessante dag worden met lezingen en een case study. Dus houd je ogen open en houd de site in de gaten.

20 februari ALV Kom allemaal luisteren, dan vertellen wij hoe we het eerste half jaar hebben beleefd en wat we tot nu toe hebben bereikt. Ook een portie kritiek is welkom.

27 februari t/m 2 maart MDE 27 februari reizen we met busjes af naar Hamburg en Kopenhagen. Voor meer informatie zie de website.

Vloer 5 Borrel

13-11-2012

27 april t/m 12 mei BSR 27 april zullen we op reis gaan naar Zuid-Korea, waar we constructief interessante projecten bezoeken en een brug slaan tussen Nederland en AziĂŤ.

Excursie Voorgespannen Beton

19-10-2012

K-M@il en website Bezoek regelmatig onze website en facebook voor actuele nieuwsberichten en activiteiten. Ook kun je je hier aanmelden voor activiteiten. Daarnaast zijn er fotoalbums van voorbije activiteiten te vinden en kun je de KOersieven teruglezen.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

7

Interview

Mick Eekhout Door: Robert Lelivelt Hoofdredacteur KOersief Architecten zijn denkers, bouwers zijn makers. Mick Eekhout, directeur van Octatube en hoogleraar Productontwikkeling aan de TU Delft, is denker en maker. Als aftrap op het thema ‘Innovatieve materialen’ vertelt hij ons het inspirerende verhaal van zijn ervaringen met innovatieve materialen en zijn kijk op de innovaties in de bouw.

Studie De studentenrevolutie in mei 1969 vond plaats in mijn eerste studiejaar. De toenmalige hoogleraren vonden we, op een paar na, niet inspirerend. Er kwam een Algemene Vergadering die de beslissingen nam, in plaats van de Senaat van Hoogleraren. Het was een turbulente tijd. Het gevolg was ook dat onze generatie haar helden kwijt raakte. Wij hadden al onze voorbeelden immers in de ban gedaan en afgeschreven als ouderwets. Maar op 17 november 1969 werd er in de Aula van de TU Delft een postacademisch symposium georganiseerd over constructief ontwerpen. Onder de sprekers waren Frei Otto, Renzo Piano en Sigmunt Makovski. Ik was onder de indruk, er sloeg een vonk over. De ontwerpen waarover zij vertelden waren zo helder en treffend dat ik dacht: “Ja, dat wil ik ook beleven.” Bij deze ontwerpers wilde ik studeren. Ik schreef dus een brief naar Frei Otto en ook één naar Renzo Piano. Ik kreeg op allebei een positieve reactie.

In februari 1970 reed ik met een oude opgeknapte Fiat 600 naar Stuttgart. Daar was Frei Otto intensief bezig met de ontwikkeling van de kabelnetdaken voor de Olympische Spelen van München, het laatste grote bouwkundige experiment in Duitsland. Zijn ‘Institut für leichte Flächentragwerke’ was overbezet. In korte tijd was zijn instituut gegroeid van 5 naar 75 man uit 55 verschillende landen. Het was een hectische atmosfeer.

We werkten dag en nacht, zelfs in twee ploegendiensten!

Een stimulerende bijenkorf, vol met activiteit. Continu modelleren, solderen, staaldraadmodellen maken en filosoferen. Later bleek dat een aantal van die modellen niet nauwkeurig genoeg waren door hun te kleine schaal (1 op 125), maar dat is een ander verhaal. Ik was op dat moment nog steeds tweedejaars bouwkunde student.

Bij Frei Otto heb ik van februari tot en met mei 1970 gewerkt. Daarna had ik de smaak goed te pakken en ben ik doorgereisd naar Genua om in mijn zomervakantie bij Renzo Piano te studeren. Ik was daar echter maar een paar weken. Mijn vriendin werd namelijk ziek en

8

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

onze auto werd gestolen. Tsja, zo lopen die dingen soms. Maar even goed was het zeer stimulerend om daar te werken. Hij zorgde een jaar later ervoor dat ik mijn eerste boek deel van 60 pagina’s kon schrijven en publiceren in Zodiac. Vorig jaar heb ik bij hem mijn 40-jarig schrijverschap gevierd met mijn 12e boek waar hij ook duidelijk in werd genoemd.

Vervolgens ben ik teruggekomen naar Delft en heb ik daar netjes mijn studie Architectuur afgemaakt.

Ik studeerde dubbel af op twee ontwerpen. Een architectonisch gebouw bij professor Carel Weeber en een ruimtelijk vakwerksysteem, dat later het Octatube systeem zou worden bij professor Jaap Oosterhoff.

Daags voor het afstuderen werd de octrooiaanvraag ingediend.

Vooral het ontwerpen van constructies boeide me. Niet het statisch doorrekenen en ook niet het componeren in de architectuur maar pragmatische, ruimtelijke constructies, zoals ik die had gezien bij Frei Otto en Renzo Piano. Ik voel me meer een uitvinder-architect. In de latere 3 jaar van mijn studie was ik ook 2 dagen per week student-assistent, waardoor ik veel seminars heb kunnen organiseren met groepen studenten. Aan het eind van mijn studie deden we de overdekking van het Feyenoord stadion, hetgeen ook nu weer aan de orde is met ‘Red-de-kuip’. We werkten in een enthousiaste groep studenten van Bouwkunde en Civiele Techniek en op een soort natuurlijke wijze was ik daar al snel de leider.

Het Bureau Vrijwel direct na mijn studie heb ik een architectenbureau opgericht en heb het acht jaar lang met plezier geleid. Het bureau telde een man of tien, tot aan het begin van de jaren tachtig en die jaren was de economie even slecht als nu. Er waren nog maar vijf man over. De keuze was om me te voegen bij die duizenden werkloze architecten of mijn hobby professioneel oppakken: het ontwerpen en maken van innovatieve constructies. Ik besloot tot het laatste. Naast het architectenbureau werd ingenieursbureau Octatube gestart. Dat werkte niet. De architecten zagen mij wellicht ook als concurrent-architect. Zo van: “Als ik jou mijn opdrachten en klanten laat zien, ga je er zelf met hen vandoor.” Dus koos ik voor een andere strategie en sloot met een grote klap het architectenbureau. In plaats van als collega zagen ze mij als spoedig ‘dream realiser’: iemand die hen hielp hun meest gewaagde ontwerpen uit te werken en te realiseren als constructief ontwerper.

Met mijn architectonische denkhoofd kon ik immers goed met architecten overleggen en kon inventies ontwikkelen tot innovaties en die ook daadwerkelijk realiseren.

We groeiden vanaf 1982 heel snel. Al snel hadden we 20 man in dienst, zowel in het ingenieursbureau als in de fabriek. Nu hebben we 65 man aan het werk. Een relatief klein bedrijf (internationaal gezien, want 80% van onze omzet is export) maar heel professioneel. Na 30 jaar ervaring hebben we al doende veel discipline en ervaring opgebouwd. Nu is de tweede generatie aan het stuur; mijn zoon Nils is al vijf jaar technisch directeur. Hij doet de dingen heel anders. Ik ben een Ram, ik zie iets, bedenk iets en ga daar direct op af. Nils is veel meer van het overzicht; hij is rustiger, organiseert beter. Hij gaat waarschijnlijk veel meer geld verdienen dan ik.

In 1987 had ik het wel weer gezien. Ik wilde een nieuwe uitdaging: promoveren, op de relatie tussen architectuur en constructies. Jaap Oosterhoff zei als promotor “Oh, dan heb je 30 jaar nodig. Stel je ambities maar bij. Ik heb je oeuvre in de gaten gehouden.

Beschrijf wat je hebt ontworpen en gemaakt en waarom, leg de filosofie uit, de consequenties, vul de gaten op en maak daar je dissertatie van”.

Dat werd een jaar lang dag en nacht schrijven, naast het gewone werk in het bureau. Het resultaat was een dissertatie over ruimtelijke constructies: ‘Architecture in Space Structures’. Over space frames, over ruimtelijke vakwerken en een bescheiden begin over glasconstructies. Het bleek dat er daarna heel wat van die glasconstructies gebouwd zouden worden.

Daar is Octatube groot mee geworden; eerst gespannen membranen en daarna space frames in aluminium en staal, vervolgens glasconstructies. Later zijn er nog andere materialen bijgekomen: glasvezel versterkt polyester, hout en karton, in hun frequentie toch echter uitzonderingen.

Rabin Centre In 2002 kreeg ik een telefoontje van architect Moshe Safdie, de architect van de beroemde woonberg Habitat in Montreal uit 1967. Hij vroeg of wij mee wilden doen aan de aanbesteding voor het dak van een nieuw monumentaal gebouw dat een monument moest zijn voor de in 1995 vermoorde premier Yitzhak Rabin. We reageerden positief. Er was een ingewikkelde constructie als bestek beschreven, op tekeningen van Ove Arup uit New York. Die stelden voor het dak als een stalen frame te maken met kriskras lopende profielen door elkaar gelast en daarna het dak af te werken met een naadloos betondek. De grootste dakvleugel moest 20 bij 30 meter worden. Dat was voor ons geen goede uitdaging. Toen uiteindelijk de deadline verstreken was, kreeg ik nog een telefoontje uit Israël. Omdat men dacht dat ik een van de weinigen was die een dergelijk ambitieus Free Form Design project tot een goed einde kon brengen, werd er gevraagd om desnoods een alternatief ontwerp te maken. De aanbesteding werd 2 maanden uitgesteld.

We hebben een alternatief bedacht vanuit het principe van de surfplank: 2 buitenlagen van glasvezelversterkt polyester met schuim ertussen. In één keer prefab maken en dan met een boot overvaren. Met een helikopter het hele dak uit het schip hijsen en overvliegen naar de bouwsite. Het gefatsoeneerde stalen ontwerp zou 2,5 miljoen kosten, het surfboard alternatief 3,5 miljoen. Safdie belde onmiddellijk na het openen van de enveloppen en zei “An amazing solution” We gingen dus glasvezelversterkt polyester als draagconstructie in het dak ontwikkelen. De keuze ging naar de goedkopere glasvezel want de duurdere koolstofvezel moet in een thermische ‘curings’oven versterkt worden. Het is een beetje lastig om een oven om een gekromd dak van 20 bij 30 heen te bouwen.

We gingen testen en het bleek dat de zonbelasting op het dak de maatgevende belasting was. De thermische uitzetting van polyester is namelijk vrij hoog en door de hoge temperatuurschommelingen daar ging de hele schaal gigantisch uitzetten. De gekromde dakschaal gaat dan zoveel opbollen dat de huid zou gaan delamineren van het schuim. Daarom moesten we ‘stringers’ van glasvezels en polyester introduceren.

Uiteindelijk konden we het toch niet in één deel maken en hebben we het dak in segmenten van 3,5 x 15 m2 gemaakt. Die zijn in speciale skeletcontainers per vrachtwagen naar de haven vervoerd. Dat is nog een voordeel van het zelf maken; je denkt overal over na. Zelfs de samenstelling van de stapelingen in de transportcontainers hebben we ontworpen met als doel het volume minimaal te houden.

We hebben de segmenten van het dak gemaakt op polystyreen mallen. Die werden speciaal volgens de digitale modellen voor ons gefreesd tot de goede krommingen en daarna dun afgewerkt met epoxyhars.

Dat werd uitgevoerd door Holland Composites. Er

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

9

10

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

zou een ‘Vacuum Injection’ methode gevolgd worden.

Een transfer of Technology vanuit de jachtbouw. Op de schuimmallen werd een laag folie gelegd, daarna zeven lagen glasvezelweefsel, dan de blokken schuim en daarna nog een keer zeven lagen weefsel met de afsluitfolie. Vervolgens werd de foliezak gesloten en het geheel vacuüm gezogen. De vacuümzak was aangesloten op een vacuümpomp die de lucht uit de zak zoog en vanuit slangen de polyester uit de emmers zoog door de holtes in het sandwich pakket. Die vacuüm injectie werd ook aanzienlijk aangepast, “adaption of technology.”

Maar hoe maakt men van die verschillende elementen met grote, moeilijke afmetingen één geheel? Alle segmenten waren scheef en er was geen enkele symmetrie. Iedere mal moest anders zijn. Uiteindelijk hadden we 900 m2 aan verschillende schuimmodellen.

Ze bleken ook nog eens allemaal anders te krimpen.

Daarnaast was er ook nogal wat werk op de bouwplaats, want de segmenten moesten worden geassembleerd en afgewerkt tot een grote gladde schaal. Daarnaast hebben we veel knoeiwerk in het beton van lokale aannemers moeten oplossen. Er waren afwijkingen in de positie van ingestorte draadankers van 150 mm.

Voor de afwerking hebben we gekozen voor een gelcoat. Dat is een weefselvrije polyester laag die over het polyester heen werd gesmeerd, geschuurd wordt en het geheel van de segmenten en hun verbindingen naadloos afdekt. Deze gelcoat kun je op zeiljachten gemakkelijk repareren als er krassen zijn. De zon erodeert in Tel Aviv de toplaag zo snel dat die gelcoat elke 5 jaar opnieuw aangebracht moet worden. In 2006 hebben we het project opgeleverd, we waren met dit Free Form Technology systeem de eerste in de wereld.

Vorig jaar is de gelcoat opnieuw aangebracht.

De polyester daken van het Rabin Center waren het meest innovatieve project dat we bij Octatube ooit gehad hebben, zo veel innovaties in één project. Het proces werd er bijna onbestuurbaar door. We hebben wel op tijd opgeleverd, maar financieel hebben we veel moeten investeren. Daarna hebben we nog niet van dit soort projecten gehad. De Nederlandse polyesterproducenten zijn in feite meesters in hun fabrieken en hebben weinig of geen ervaring met werken op de bouwplaats. Bouwplaatsactiviteiten zijn voor hen post-activiteiten. Bij ons is echter alles in de fabriek pre-fabricage en alles op de bouw het echte werk. Bij de GRP producenten is dat niet zo. Als de kunststof producenten zich professioneel gaan ontwikkelen voorspel ik een grote toename.

Visie op de bouw Als het om innovatieve materialen in de bouw gaat, is het heel inspirerend om bij andere disciplines te kijken en daarvan te lenen (‘Transfer of Technology’).

Zoals we bijvoorbeeld met het Rabin Center bij de jachtbouw gekeken hebben. Daarnaast hebben we ook wel eens het speciale hout in hockeysticks gebruikt om zeer slanke kolommen te maken: de kolommen van het Teylers Museum in Haarlem, ontworpen door Hubert-Jan Henket . Daarna moet je de technologieën wel aanpassen aan de bouw (Adaptation of Technology) Als men zegt dat de bouw niet innovatief is, dan denk ik dat dit in het algemeen wel waar is. Wij in Octatube zijn een uitzondering, die de regel bevestigt. Wij doen precies wat noodzakelijk is als verantwoordelijk en aansprakelijk bouwkundig ingenieur. Ik heb wel eens een werk gehad waarvan ik dacht dat het niet gebouwd kon worden volgens het concept van de architect en constructeur, maar er is nog nooit iets ingestort. We zijn zeker van onze zaak, we durven risico, verantwoordelijkheid en aansprakelijkheid te nemen.

Daarmee komen we, toch in jaren achtereen, met elke keer een klein stapje reusachtig veel verder.

Dus in principe klopt het, in deze tijd is iedereen nog drie keer zo argwanend als ooit tevoren. Ik zie nu projecten, waar achteraf met advocaten geld uit wordt getrokken. De recessie levert moeilijkheden op, de prijzen zijn aan het zakken. Aannemers vallen in bosjes om.

Wij hebben altijd veel nieuwe ontwerpen en constructies gerealiseerd. Uiteraard, hebben we ervoor gezorgd dat we minder concurrentie hadden. We waren de eersten en de enigen die iets aandurven. Zo proberen we een soort dijkje om ons heen te bouwen, onszelf te onderscheiden. Maar altijd binnen de grenzen van het redelijke en altijd in de economie van de bouw.

Na mijn opleiding was ik dus eerst architect. Daarna heb ik wel berekeningen van ruimtevakwerken gemaakt, maar daar lag mijn hart niet. Mijn liefde gaat uit naar het ontwerpen van nieuwe, innovatieve en constructief verantwoorde systemen voor de architectuur met uitvoerbare materialen en details. Ik ben zowel architect, maar ook constructief ontwerper, aannemer en producent.

In de afgelopen 30 jaar is aangetoond dat men met een design & build’ aanpak veel innovatiefs kan realiseren in de bouw, maar we zijn nog steeds één van de weinigen.

Ik zeg het ook maar gewoon.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

11

Carbon Nanotubes

Een treksterkte van 100.000 N/mm2 Door: Robert Lelivelt Hoofdredacteur KOersief Het sterkste materiaal op aarde? Diamant zonder meer.

Maar realiseert u zich dat diamant niets anders is dan het grafiet dat in de punt van uw potlood zit? Alleen zijn de koolstofmolecuultjes net iets ander gerangschikt. Dat rangschikken is blijkbaar van groot belang. Als men de koolstofmolecuultjes in een plat vlak aan elkaar schakelt, krijgt men het onvoorstelbaar harde grafeen. Deze laagjes schuiven echter nog wat makkelijk van elkaar af en zijn eigenlijk alleen interessant voor hun zeer goede elektrische eigenschappen.

Als men deze dunne laagjes nu ombuigt tot buisjes ontstaat een handig goedje, carbon nanotubes genaamd. Deze buisjes hebben een ongelofelijk hoge treksterkte en hebben een Young’s modulus die ongeveer 5 keer zo hoog is als die van staal. Als de professoren weer eens beginnen over een oneindig stijve staaf is een carbon nanotube misschien handig om je daar iets bij voor te stellen.

Figuur 1: Verschillende vormen van koolstof: grafiet, grafeen, carbon nanotubes, fullerenes.

Een groot probleem is dat deze buisjes een lengte tot breedte verhouding hebben van ongeveer 100 miljoen tot één. Bij een tracheïde, de lange cellen in hout voor watertransport, is die verhouding ongeveer 1000 tot één. Het zal daarom ook geen verbazing wekken dat de carbon nanotubes geen grote druksterkte bevatten omdat instabiliteit al snel een grote rol gaat spelen.

Nu zult u zich afvragen: “Wat moet ik met een materiaal dat alleen een fatsoenlijke treksterkte heeft?” Daar heeft u wel een punt, er bestaan immers geen constructies zonder druk. Toch?

Laten we de Nanotubes even verlaten en op zoek gaan naar een constructie met alleen trek. Hebt u wel eens gehoord van een space lift? Nee, ik ook niet.

Het is namelijk momenteel wel mogelijk om mensen en materiaal in de ruimte te krijgen maar dat kost exorbitante hoeveelheden geld. Neem nou bijvoorbeeld de Amerikaanse Pegasus raket. Dat is een onbemande raket die materiaal en materieel in de ruimte kan brengen voor de luttele som van 40.000 dollar. Valt wel mee denkt u, het bedrag is per kilo.

12

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Vanwege deze astronomische kosten zijn er een groot aantal alternatieven bedacht om onze satellieten de ruimte in te slingeren. Er is een idee om de raketten eerst met een soort red-bull ballon naar de bovenkant van de atmosfeer te slepen en dan pas te lanceren, wat natuurlijk veel brandstof scheelt. Men kan ook denken aan een soort Maglev trein die eerst heel hard rondjes rijdt en dan vervolgens uit de bocht geslingerd wordt, omhoog de ruimte in.

Een wat ouder idee is het space gun, dat niets anders is dan een gigantisch kanon dat omhoog gericht wordt.

Het lijkt basaal, maar de Amerikanen hebben in de jaren ’60 een echt prototype gebouwd in Barbados met een oud marinekanon van 40 meter lang.

Zeer interessante ideeën allemaal, maar het idee dat het meest haalbaar lijkt is de space lift. Een enorme toren die vanaf het oppervlak van de aarde tot in de ruimte rijkt.

Figuur 2: Verschillende alternatieven voor raketten. v.l.n.r. launch ring, space gun en de ruimteballon.

Langs die toren rijden supersonische liften die de lunch van Kuipers met gemak naar boven brengen.

Nu wordt het misschien ook tijd om de constructeurs erbij te halen. Een goede hoogte voor een satelliet is ongeveer 36000 km. Hoe bouw je een toren van 36000 km? De Russische ingenieur Tsiolkovsky was de eerste die een poging waagde met zijn Tsiolkovsky toren, wat vandaag de dag een synoniem is geworden voor een space lift. Tsiolkovsky ging echter uit van een toren als elke toren, een drukelement. Het probleem van drukelementen is dat zij gevoelig worden voor instabiliteitverschijnselen zoals knik naarmate de lengte en de belasting groter worden. Ik hoef u niet uit te leggen dat een toren van 36000 km dan geen optie meer is.

Maar een space lift is natuurlijk geen gewone toren.

Als men zo ver van het oppervlak van de aarde komt, gebeurt er iets wonderlijks; men valt niet meer naar beneden. Satellieten blijven in een baan om de aarde bewegen. Dit bracht een andere Rus, Artsutanov, op een idee. Als we nu een groot tegengewicht in de ruimte hangen, hoog genoeg om in een baan om de aarde te draaien en vanaf dat gewicht een kabel spannen naar de aarde, dan hebben we een constructie die alleen op trek belast wordt. Het grote tegengewicht trekt namelijk van de ene kant aan de kabel en de aarde vanaf de andere kant.

hoge treksterkte dat de space lift eindelijk mogelijk lijkt te worden. Daarnaast heeft koolstof relatief ook weinig protonen en neutronen, het is slechts het zesde element van het periodiek systeem. Dat betekent dat de tubes ook een lekker laag eigen gewicht hebben.

De combinatie van deze eigenschappen maakt dat het materiaal ideaal zou zijn voor een space lift. Er is echter één probleem. Met de huidige technologie is het slechts mogelijk om tubes te maken van 10 centimeter lang.

Het lijkt erop dat we nog even moeten wachten voordat we een leerstoel Carbon Nanotubes krijgen. Eigenlijk is dat toch wel erg jammer want de econoom Philip Ragan zei dat het land dat als eerste een space lift bouwt, een kostenvoordeel heeft van 95 % ten opzichte van raketten en alle ruimte activiteiten zal domineren.

Momenteel zijn het de Verenigde Staten en Japan die koploper zijn in de space lift race. Daarnaast zijn er nog geruchten dat Google ook bezig is met de space lift in de Google X laboratoria. Hoe dan ook, voorlopig zullen we tevreden moeten zijn met een ritje in space mountain.

Een ritje in een space lift zal nog wel even duren.

Geweldig idee! Goed, het tegengewicht heeft een iets andere snelheid dan de aarde en dus wordt de aarde iets vertraagd. Maar niemand die klaagt om wat langere dagen. Daarnaast kunnen er nog meteorieten tegen de kabel inslaan, is er een fikse windbelasting in het atmosferische stuk van de kabel en moet de kabel altijd strak staan om er een lift aan te hangen. Maar ja, dan halen we er toch wat Eindhovenaren bij, die fixen dat wel even voor ons.

Er was echter één element waardoor ook het idee van Artsutanov nooit verder dan theorie kwam; het materiaal van de kabel. Een dergelijke kabel moet namelijk buitensporige spanningen kunnen verdragen en zelfs de beste materialen uit die tijd voldeden lang niet.

Met de vondst van de Carbon Nanotubes kwam daar verandering in. De buisjes hebben namelijk zo’n

Figuur 3: Schema van de Space lift.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

13

ISD

Adaptive structural optimization Door: Ir. A.P.H.W. Habraken Structural adaptability: a key reseach topic within the chair ISD with a promising realistic development towards reducing structural environmental impact.

Where other disciplines introduce multiple intelligent opportunities to minimize energy use and even collect energy, the structural discipline is way behind in this necessary development. The building industry is responsible for 10 % of the total energy use, 25% of the road transport and 35% of the total waste created [6]. This means there is a big responsibility within the building industry to reduce these concerning figures.

The reality however, is that in general buildings are unsustainable and inefficient. They use a lot of materials but fulfil their function for a limited period. Buildings are stiff static objects while the external environment is highly dynamic and the internal function is often changing. This shows two important aspects. First: for most buildings this lack of flexibility in functionality will make them unsustainable. Second: structures are overdesigned for most of their working life because the dominating design parameters are always the rarely occurring high loadings. Not being able to adapt to the external environment therefore results in inefficient material use.

Within the chair ISD ‘adaptable structures’ is one of the key research topics. The new responsible chair holder Prof. dr. ir. P.M. Teuffel is promoted on this subject in Stuttgart after which his involvement continued. His experience adds to the knowledge of the ISD team, which is already dealing with this subject for several years. With the support of master students, Rijk Blok is studying the structural flexibility in functionality (Integrated Life Cycle Design of Structures), Florian Heinzelman is doing research on Adaptive Daylight Structures and the author is studying the material/ energy efficiency of adaptive structures. This article will go further into this last subject and show the importance of future research.

Whole-life energy saving Optimization is an often used term in the building industry, but it can refer to a wide range of interpretations. Sustainability has increased in importance over the last decennia. From a structural point of view optimisation in type and amount of building material is in this sense important, but the higher goal is to accomplish whole-life energy saving to

Figure 1: Passive static optimisation.

14

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

minimize the environmental impact.

The whole-life energy requirement by a structure includes the energy needed for: obtaining raw materials, production, transport, execution, demolition and waste processing. Limiting the amount of material use will limit the energy usage in all steps and is therefore a strong driver in the optimisation process. Also the choice of type of material is important because of the large variation in energy requirement in processing a certain material.

Structural optimisation modules The process towards minimization of structural materials is presented as three interacting modules.

- Passive static optimisation: to limit the needed material and improve the interaction with other disciplines, a strong structural design must form the basis. This is followed by optimisation of efficient material localisation and sustainable choice of material type.

- Passive adaptive optimisation: the structure reacts automatically to the environmental impact. Like a banana leaf moving and bending as a reaction to the varying external wind impact. This dynamic behaviour influences the impact of the external loading and the flow of internal forces.

- Active adaptive optimisation: the structural behaviour is influenced in an active way. By introducing counter forces or changing the geometry or element stiffness, the structural behaviour and capacity can be strongly influenced.

Figure 2: Passive adaptive behaviour of a banana leaf in the wind. [6]

The passive static optimisation is the common used optimisation path taken by engineers, but nature shows the importance of passive adaptive behaviour avoiding

external loading and damping peak loadings. But this dynamic behaviour can also drastically increase the impact of external loading by dynamic excitation. To be able to use the positive effects of the dynamic behaviour and control the negative aspects, the combination between passive and active adaptive behaviour forms an important part of the research within the ISD group.

Active adaptability With active adaptable optimisation, the structural behaviour is influenced in an efficient and controlled way and will vary in Controller relation to the changing external environmental circumstances. This adaptive approach will strongly extend the structural optimisation Actuator process and numerical optimization techniques will be needed more often. During this numeric calculation process the structural behaviour is monitored and the necessary counter actions are calculated and directly implemented into the following calculation loop.

Sensor

When using structural active adaptability, structures will mostly behave in a conventional passive way up to a certain higher level of loading or deformation.

Above this level the structure will be actively controlled by actuators, so called ‘active load-bearing capacity’.

In the governing but very rare occurring high loading scenarios, these actuators modify the pattern of internal forces – ‘load path management’ - to optimize the internal load distribution towards a more homogenous stress pattern and/or reduce the governing deformation.

This results in smaller structural elements without loosing structural capacity in strength or stiffness.

Active structural adaptability may reduce the amount of material needed and therefore the embodied energy, but by doing so it will require operating energy. The relation between this dual need for energy is depending on the moment the control mechanism is activated. The graphs beneath show the results of indicative studies done by G. Senatore [4] based on the theory of Prof. dr. ir.

P.M. Teuffel [1]. Figure 4 shows the value of the optimum threshold as a minimum in the sum of energy. Figure 5 show the whole-life energy use of a 2D and 3D adaptive structure compared with a passive structure. These first

Figure 4: Embodied-operational energie [4]

research projects show large reductions in material use in 2D structure and an even higher reduction in 3D structures, underlining the importance of further research.

Within the field of lightweight structures, where the self-weight is limited and the live load (like wind storms and earthquakes) is often the governing loading, the actuators can be highly efficient in reducing the level of structural overdesign. Long span roof and façade structures, high rise buildings and bridges are therefore all structural types in which adaptation can be successfully applied. But also its application in large span floor structures has high interest because of its big environmental impact. Therefore many research topics are open within this promising new engineering approach and students interested in this topic are welcome to contact ISD.

Figure 3: Active adaptive wooden shell, ILEK University of Stuttgart. [3]

References [1] Teuffel P.M, Entwerfen adaptiver Strukturen, (2004) [2] Habraken, A.P.H.W. (2012). Flexible Structural Façade.

Proceedings of the International Conference Advanced Building Skins, 14-15 June, 2012, Graz, Austria.

[3] University of Stuttgart (2012, April 17). Ultra lightweight construction is based on hydraulics. ScienceDaily. Retrieved December 9, 2012, from http://www.sciencedaily.com/ releases/2012/04/120417080344.htm [4] Senatore, G., Adaptive structures for whole-life energy savings, Journal of the international associationfor shell and spatial structures,Vol 52 - No.4 (2011), (pp. 233-240); [5] Lichtenberg, J.N., Nederland gaat slim bouwen, (2006), Bouwkostenkunde & Huisvestingseconomie [6] Bosma, S., Flexibility in structural design inspired by compliance in nature, (2012), Master project, Build Environment, Technical University Eindhoven

Figure 5: Passive/adaptive total energy use of a 2D and a 3D studied structure [4]

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

15

Lignostone

‘Zo sterk als staal’ Door: dr. ir. A.J.M. Leijten De beroemde en snelste jachtbommenwerper van de geallieerden in de tweede wereldoorlog, de Hallivand Mosquito, was gemaakt van geperst en licht hout. Ontwerp en materiaalkeuze was zo succesvol dat Duitse vliegtuigen niet op konden tegen de topsnelheid van dit lichte vliegtuig. Dit houtproduct is Lignostone genaamd, een zeer sterk houtproduct.

Het materiaal Lignostone® is, om in enkele woorden uit te drukken, samengeperst hout. Het bezit sterkteeigenschappen die tussen staal en gewoon hout liggen. Het uitgangsmateriaal voor het productieproces bestaat uit massief beukenhout of beukenfineer wat samengeperst wordt tot multiplex; hiervoor is een bijzondere pers nodig welke voor een hoge druk (20 MPa) kan zorgen bij temperatuur 170 graden Celsius.

In 1886 te Leipzig werd door Robert Stöckhart in Duitsland een patent verkregen om dit samengeperste hout te maken in een rollende pers. De huidige methode om het hout tussen stalen platen samen te persen werd in 1930 door de Pfleumer broers gepatenteerd en wordt nu overal toegepast. Er is in Nederland maar één bedrijf die geperst en gelaagd-geperst hout onder de naam Lignostone produceert. Het bedrijf staat in Ter Apel en bestaat sinds 1917 en vindt zijn oorsprong in AGO-Lignostone NV. Het materiaal dat onder hoge

druk en temperatuur wordt samengeperst, bestaat zoals eerder vermeldt meestal uit massief beukenhout of beukenfineer. De reden hiervoor is dat de hoeveelheid lignine in de vezels van beukenhout een rol speelt in het verdichtingproces en tevens het eindproduct de beste eigenschappen geeft. Door de hoge druk en temperatuur gaat de houtvezel als het ware vloeien, waardoor de open celruimtes verdwijnen. De moleculen grijpen om zich heen om nieuwe verbindingen te maken die door snel afkoelen worden “bevroren”; een nadeel hiervan is dat het hout zijn oorspronkelijke vorm niet vergeten is. Als het wordt blootgesteld aan water zwelt het op tot het oorspronkelijke volume, maar door de fineerbladen voor het samenpersen te impregneren kan het wel buiten worden toegepast. Het is zelfs zo hard dat zelfs termieten liever ander hout uitkiezen voor hun maaltijd.

De volumieke massa van het product is afhankelijk van de persdruk en heeft een maximum van 1350-1400 kg/m3, wat dus hoger is dan de zwaarste tropische loofhoutsoort. De houtvezel wordt niet beschadigd waardoor de sterkte toeneemt met de dichtheid.

Sterktewaarden voor trek en druk liggen rond de 120-150 N/mm2 bij een elasticiteitsmodulus van 20.000 N/mm2. Als multiplex liggen de vezels kruislings en gedraagt het zich welhaast isotroop.

Het materiaal vond en vindt nog steeds brede toepassing, zie hiervoor de website van de producent www.lignostone.nl. Het werd, voor de komst van aluminium, met succes in de luchtvaart toegepast. Het vliegtuig dat in de inleiding naar voren kwam, is hiervan een sprekend voorbeeld. Een meer hedendaagse toepassing als ranke houtkolom is te zien in het Teylers Museum te Haarlem waar de houtkolommen de glazen wanden en het dak draagt. Sinds 1990 wordt uitbreid onderzoek verricht naar de toepassing van Lignostone als versterkingsmateriaal in houtverbindingen.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

17

Voornaamste reden hiervoor is dat de stuiksterkte, die voor gewoon hout zo’n 25-30 N/mm2 bedraagt, bij Lignostone als plaatmateriaal 110-130 N/mm2 bedraagt. Verder is door de gelaagde structuur de splijtsterkte heel hoog vergeleken met gewoon hout.

Bij deze toepassingen wordt Lignostone gelijmd op het hout ter plaatse van de stiften of bouten om de sterkte en stijfheid te verhogen. In de laatste decennia vindt het vaak toepassing in vakwerken, omdat in de vakwerkknopen vaak hoge krachten moeten worden overgebracht. Het grootste profijt wordt echter verkregen als momentoverdragende verbinding zoals in spanten. Recentelijk is student Daniel Brandon met succes afgestudeerd op de Lignostone versterkte momentverbinding voor een speciale toepassing. We hopen dat deze toepassing in de praktijk ingang zal vinden.

18

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Fietsers- en voetgangersbrug in Katwijk

Composiet in de praktijk Door: Thijs Meijers en Iris Rombouts Interview met Royal HaskoningDHV Composiet, of beter gezegd vezelversterkte kunststof (VVK), is een opkomend materiaal. De toepassing als constructiemateriaal neemt een hoge vlucht: het wordt tegenwoordig toegepast als primaire draagconstructie. Dit heeft veel invloed op het ontwerp en de uitvoering. De fietsers- en voetgangersbrug in Katwijk is hiervan een goed voorbeeld.

Wij spraken met de constructief ontwerpers van de brug: Joris Smits (JS) en Kees van IJselmuiden (KvIJ).

Kunt u uzelf voorstellen?

JS: Ik ben Joris Smits, 15 jaar architect/constructeur bij Royal Haskoning DHV. Ik studeerde eerst Civiele Techniek en na vier jaar ben ik begonnen met Bouwkunde, in de richting architectuur.

Daarna heb ik drie jaar gewerkt bij de Cie in Amsterdam en uiteindelijk ben ik bij Royal Haskoning DHV gaan werken, waar ik mijn kennis als architect en constructeur wist te verenigen. Omdat ik dus ook kennis heb van constructies kan ik aan het begin van het ontwerpproces al denken aan constructieve oplossingen. Sinds 1 oktober ben ik in Delft betrokken als docent Structural Design.

KvIJ: Ik ben Kees van IJselmuiden, inmiddels 6 jaar hoofdconstructeur bij Royal Haskoning DHV. Daarvoor ben ik 9 jaar constructeur geweest bij Arcadis en heb ik een paar jaar bij een aannemer gewerkt.

Op wat voor manier was u bij de brug betrokken?

JS: Voor de brug was een prijsvraag uitgeschreven, die wij gewonnen hebben. Ik ben hierbij betrokken geweest als ontwerper.

KvIJ: Ik ben pas aan het eind van het project hierbij betrokken geraakt en werkte samen met mijn collega Liesbeth Tromp onder andere aan de constructieve aspecten van vezelversterkte kunststoffen.

Kunt u de brug beschrijven?

JS: De brug is een fietsers- en voetgangersbrug en heeft een lengte van 75 meter. Er zijn 3 overspanningen van elk 25 meter, waarbij de middelste overspanning geopend kan worden.

De brug is een ophaalbrug met een enkele excentrische poot (de hameistijl) die als een reiger met één poot in

het water staat. De ophaalbrug is traditioneel een balans met een contragewicht. Omdat er maar één hameipoot en één balans is, is het een excentrische brug, wat hem een uniek karakter geeft.

Waarom hebt u vezelversterkte kunststoffen gekozen?

JS: De voornaamste reden is het geringe gewicht, hierdoor zijn er minder steunpunten nodig en kan de brug slanker geconstrueerd worden. Bij deze brug is er een halve meter constructiehoogte winst behaald, waardoor de brug minder vaak open hoeft. Dit heeft een gunstig effect op de slijtage van lagers in dit gedeelte.

Daarnaast vergt composiet minder onderhoud dan bijvoorbeeld staal en heeft het veel vormvrijheid.

KvIJ: De keuze voor kunststoffen past bij de visie van Royal Haskoning DHV, waarin de materialen op een zo efficiënt mogelijke manier toegepast worden: “ juiste materiaal op de juiste plaats”.

Bij staal zijn de spanningen en doorbuiging maatgevend, bij kunststof is doorbuiging maatgevend met lage spanningen in het materiaal. Het materiaal

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

19

heeft daarom een factor vijf of meer extra capaciteit, waardoor ook vermoeiing meestal geen rol speelt.

Normaal zouden we hebben gekozen voor glasvezel, echter door de gevraagde slankheid is hier ook koolstof toegepast.

dat de nieuwe CUR begin 2013 gereed is. De Eurocode echter pas na 2018, omdat het nieuw gebied is en niet veel landen er ervaring mee hebben, waardoor er ook onderzoek nog nodig is.

Hebt u dit materiaal vaker gebruikt?

JS: Ja, eerst werd het gebruikt als kleinere elementen die niet de primaire draagfunctie vervullen. Dit zijn bijvoorbeeld afdekranden van bruggen ter verfraaiing. Later is het ook gebruikt in de functie van hoofddraagconstructie. Een voorbeeld hiervan is een brug van ons in Harderwijk die nu in aanbouw is. Een goede toepassing van het materiaal is het gebruik van het monocoque systeem. Dit is een schaalsysteem waarin de buitenhuid de functie heeft om het moment op te nemen, vergelijk het bijvoorbeeld met een vliegtuigvleugel.

KvIJ: Vijf jaar geleden zijn we als Royal Haskoning DHV begonnen aan een onderzoek naar kunststof in de civiele techniek. Samen met Rijkswaterstaat en een aantal marktpartijen proberen we kunststof op een gelijkwaardige manier als staal en beton in de civiele techniek toegepast te krijgen. In samenwerking wordt er nu een CUR-aanbeveling geschreven om hier meer draagvlak voor te krijgen. Zonder normen/ aanbevelingen blijft het lastig om het materiaal goed te kunnen toe passen. De CUR-aanbeveling zal tevens als grondlegger gebruikt worden in de Eurocode voor VVK, waarin ik Nederland vertegenwoordig. De Nederlandse productie bedrijven en gemeenten lopen wereldwijd voorop in het toepassen van het materiaal.

Er is in 2003 een eerdere aanbeveling gepubliceerd, CUR 96, deze is echter niet compleet, maar heeft er wel voor gezorgd dat we nu zover zijn. De verwachting is

Waar moet men goed op letten bij de toepassing van dit materiaal?

JS: Een leerpunt is de detaillering, zo kunnen er lelijke randen ontstaan bij het fabricage proces. De eerste keer werd het bouwdeel in een lange contramal gemaakt waarna het in stukken gezaagd werd om te vervoeren.

Dit resulteert in lelijke zaagnaden, wat storend is voor het ontwerp. Een oplossing is het 3D ontwerpen waarin de randen worden teruggebogen zodat er een klein verstijvingsrandje ontstaat.

KvIJ: De hars moet afgestemd zijn op de toepassing.

Tevens moet de constructie wel gerealiseerd kunnen worden. Door het injecteren kun je veel verbindingen, die in staal wel nodig zijn, vermijden. Je kunt echter minder eenvoudig een las leggen of een boutverbinding toepassen. De details zijn bij dit materiaal dus maatgevend.

Zou u het materiaal vaker gebruiken?

KvIJ: In de toekomst kan kunststof een groter marktaandeel innemen. In de huidige situatie wordt vaak VVK één op één gekopieerd uit een staal- of betonoplossing. We hopen dat er in de toekomst meer vanuit het materiaal en haar eigenschappen wordt ontworpen, waardoor er waarschijnlijk andere vormen van constructies gaan ontstaan.

JS: In de toekomst zullen er geen bruggen meer van staal worden gemaakt, composiet is de toekomst, zeker wanneer het ook een dragende rol kan vervullen.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

21

From research to design

The Cardboard Dome Door: Prof. dr. Mick Eekhout Director from Octatube and Professor Product Design Octatube was asked in 2002 by Japanese Archiwtect Shigeru Ban to build a temporary cardboard dome. After solid research by both Octatube and the TU Delft, it became clear that connections were the most critical part of a cardboard structure. Here follows an extract of a paper published by director of Octatube, prof.dr. Mick Eekhout, on the design and development of the 30 m span cardboard dome.

Design of the Cardboard Dome Japanese architect Shigeru Ban was responsible for the design of the Japanese pavilion at the World Exhibition in Hannover 2000. The structure consisted out of long cardboard tubes that were bent over each other. Theatre leader Jeanette van Steen attended a lecture of Ban at the NAi (Dutch Architecture Institute) and got fascinated by his designs. She asked him to design a temporary dome for her mime theatre group on the island of IJburg, near Amsterdam. In the fall of 2002 Ban made a design consisting out of a 16-frequent icosahedron in the tradition of Richard Buckminster Fuller. An icosahedron consists of 20 regular or equilateral triangulated surfaces. Such a complete sphere is built up of 20 regular triangles. Five of these triangles were chosen in this spherical roof. Later on this will be further addressed. Dr. Peter Huybers of Civil Engineering TU Delft has published many studies on this subject in the previous decades. The shape of the dome (span versus height with folded edges) is identical to the now demounted 60 m span Aviodome on Schiphol Airport and the Toyotadome in Raamsdonkveer. Compared to recent experiences with ‘fluid design’ of Octatube, this dome was a reasonably easy and nearly historic design.

Time flies by. Blob design and Blob engineering also contaminates the more traditional structures.

Ban’s design went through a violent process to gather sufficient sponsoring on the side of the theatre group Van Steen. At the same time a thorough material research project and material development on the part of Octatube, at the chair of Product Development TU Delft and also the research group Cardboard of prof.

22

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Fons Verheijen was involved. Ban was represented by local architect Wouter Klinkenbijl. Despite earlier experiences of Ban in constructions and structures with cardboard, this type of cardboard use seemed to surpass the available amount of knowledge in issues like stresses and dead weight. The sporadic available technical data from Japan were definitely insufficient to make an independent, engineering judgment about the behavior of cardboard as a structural material. Despite repeated requests it seemed impossible to acquire structural data from the previous design teams and contractors who participated in the construction of the Japanese pavilion in Hannover (i.e. the municipality of Hannover, Buro Happold, cardboard supplier Sonoco and architect Ban). In Stuttgart 1998 I heard my colleague prof.dr. Jörgen Schlaich proclaim: “Es ist nichts Neues das Wissen vergeht” but only two years after 2000 this seemed rather fast.

Therefore for this design in cardboard all material data had to be determined from our own research. In November 2002 the development was initiated. This included the process of material research based on tests in the Laboratory of Product Development (PO Lab) and the Octatube Laboratory on the Rotterdamseweg 200 in Delft and a process of material design & development: determining the exact geometry, tube lengths, node detailing and tube connections. In this case research and design could be described as a split: far apart, yet influencing each other.In November and December 2002 numerous cardboard tubes, supplied by Dutch companies, were tested in the Octatube laboratory. The results of this research were compared with the required

load from the structural analysis, which was executed several times and sent in by computer in the mean time.

Again and again the results of practical tests proved to be utterly disappointing. The tubes already cracked at the twisted seams at a minor load. But the alternative horizontally wrapped tubes were not much stronger either. The utilized glue proved to be the decisive factor in structural use of cardboard. On a Boosting meeting in December 2002, colleague designer Friso Kramer (born 1922) suggested to utilize a melamine composite to reinforce the cardboard, instead of using the inferior glue. A clever idea, yet this would make recycling of the cardboard nearly impossible.

After two months of material research and long periods of waiting for new tubes from the Dutch cardboard industry, we were not convinced of the feasibility of the cardboard tubes for this dome design. After 4 months the German company Sonoco was able to supply cardboard tubes that were 40% stronger than all other tubes previously tested. This extra strength was primarily achieved by the use of primary or new paper instead of recycled paper; a learning stage for the entire cardboard industry. Of course the tested tubes were developed for packaging and not for structures.

The final design process that followed the design of Shigeru Ban, was executed at Octatube under my strict supervision. The initial divisions of Ban’s dome were based on a 16-frequecy subdivision. Because Octatube had designed and built over 30 domes worldwide –

all in steel and aluminum – we know what repetition factors mean. Consequently we proposed to reduce the frequency from 16 to 8, or even 6. The number of tubes could be reduced to a quarter or even less. It would make the dome much more economical to build. Ban, however, seemed to be in love with cardboard: the more the better. This was opposed to our minimalist principles including the cost efficiency. But Jeanette van Steen honored the original design despite the fact that costs would increase if the dome would be realized in its original design.

A different issue concerned the edges at the bottom of the dome. The circumference of the dome would have 5 arches with a height of 1,5 m. This height would be too small to walk underneath and use as an entrance.

In that phase we proposed to deform the geometry and assign a height of 2,5 meters to the edge arch. This way the ‘feet’ could rest on the foundation plates and assure a good accessibility. Subsequently a deformation came to existence with a regular geometry derived of an icosahedron. We could make a ‘rubber banding’ intervention and design an alternative geometry with the help of computers. A slight BLOB edge to it one could say. Nowadays it is quite easy with contemporary computers, but in the days of Buckminster Fuller a similar deformation would be impossible. Ban was relentless; this proposition was no good for him. It was decided to stick to the original geometry and to build 5 corner nodes on 5 elevated tetrahedron-shaped supports.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

23

Cardboard Engineering By e-mail several discussions arose between cardboard lover Ban and metal tiger Eekhout about several aspects of the design, including the design of the node.

Twenty years before we developed a useful node for an aluminum dome in Jeddah that was covered with a suspended double membrane and transparent thermal insulation. With the help of this node it was possible to connect the bars and the tent membrane that could be fixed and stressed. Ban kept stressing a woodfilled node, probably due to a Japanese tradition. The next design of the dome was based on a compromise: Shigeru Ban determined the geometry with a relatively short tube length (a 10-frequent dome) and Mick Eekhout determined the detailing.

components were 4 times higher than the cardboard purchase. Ban’s Hannover pavilion had continuous tubes, but the tubes were only loaded to a stress level of 25% compared to the cardboard dome. The limitations of the current state of technology concerning the use of cardboard in structures have notably increased because of this.

Production and Installation of the cardboard dome On the 1st of April 2003, after 5 months of researching cardboard as a structural material, only 5 weeks were left before the opening. The client had built a ‘house of cards’ of numerous sponsors. That particular day the biggest sponsor (the VSB fund for culture) cancelled.

Other sponsors threatened to leave the project since they only wished to participate on a co-sponsor basis: the ‘house of cards’ was about to collapse. The deficit was €50.000,-. In a telephone conversation, while driving to Belgium, I proposed to split the shortage in three (Group van Steen, Municipality of Utrecht as the future client after IJburg and Octatube as the technical developer).

This created three risk-bearing parties that all had a clear arranged risk. The following monday it was decided to start production immediately.

The nodal detail existed of a steel tube perpendicular on the surface of the dome and 5 or 6 steel plates flanges with each 2 bolt holes to connect the node plate to the end plate of the tubes. Connection tests proved the weakness of cardboard on transverse screws and bolts. In Hannover Ban did not use screws as the tubes crossed each other. Because the cardboard dome is composed of different shorter tubes and does not contain continuous tubes, the geometry is actually defined by the nodes. Just like metal space structures the devilish line of thinking was: “Why would you shorten a factory-produced tube of 6 meters to for example 1,5 meters, to eventually connect it me back to 6 meters again?” Of course the answer is: utilizing continuous tubes eventually results in tubes that have to cross each other. The structural engineers at Octatube preferred an axial connection. Nonetheless, the design would have gained a better cost-efficiency. Yet Ban vetoed this proposal again. In the final budget, the costs for the steel

24

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Final Detailing The last tests concerning the type of connection between the tube ends and the heads of the node showed that bolted connections, screws and steel pins – all based on the principle of shear force – work highly inefficient when applied to cardboard. The alternative mode of using glue is also out of the issue since it will only connect the inner or outer layer of paper of the tube, does not connect the entire tubular cross section and will therefore easily lead to collapse. This was exactly the same for threaded connections. Dot-shaped connections should be avoided in these kind of cardboard structures with high loads.

One of Octatube’s structural engineers, Luis Weber, introduced the brilliant idea to apply a steel tensile rod within the cardboard tubes and to pre-stress the tubes.

Pressure is locked up in between two steel head plates on both sides of the cardboard tube. The tensile rod is stressed in tension. In the factory the two galvanized steel heads were twisted in two right-threaded props with a 10mm stainless steel thread and manually pre-stressed. True high level pre-tension can not be applied: it would not work considering the sensitivity for creep of cardboard.

The cardboard tubes (180mm diameter and wall thickness 20mm) were fixed with steel head-ends of 100mm within the tubes and connected to the starshaped node with the help of two vertically aligned bolts in order to acquire a certain degree of moment-stiffness to prevent local buckling in the dome. The star-shaped node consists of six steel plates welded on a round steel tube. The threaded rods of the membrane suspension in the star-shaped node can be easily adjusted in height in this arrangement. The five edges of the dome consist of steel IPE 220 profiles that are folded side-ways, but the heart of the IPE body is placed in the axial plane of the dome bars. The IPE-profile has steel tabs on the outer shell to connect the membrane that is placed over the tubes; protecting the cardboard from rainwater. The five folded edge profiles are placed on tetrahedrons: stabile corner columns with outward and side-way supports.

All steel tubes are bolted down with steel plates on the demountable concrete foundation slabs.

Shop Drawings and Production After the 1st of April 2003 a majority of the total engineering department of Octatube had been occupied for two weeks, making the final design, production drawings, element drawings, cutting lengths for the cardboard, the erection drawings and the foundation drawings including anchoring. The steel parts were subsequently sawn, drilled, twisted, fixed and welded in small lots and sent to the galvanization plant.

[The use of steel in connections is annoying as we would like to develop cardboard connections, but no time left].

The cardboard tubes were sawn by Sonoco, perfectly in length. The cardboard was treated with varnish on its outer shell, the cut ends and 100mm inwards in order to cope with the expected small amounts of moisture. All parts of the dome were coded to simplify the erection process. There were 18 different types of nodes and

tubes in 18 different lengths. The membrane was engineered by Rogier Houtman of Tentech Delft (a small engineering company in the Silicon Valley of the TU Delft and an ex student of Mick Eekhout) and produced by Buitink in Duiven. The membrane was a sand colored PVC coated polyester fabric. The assembly of the membrane took place with the help of small dishes on threaded rods directly trough the centre of the nods. The whole fitted exactly as planned and the membrane was post-stressed by twisting the threaded ends sticking out of the star nodes, so the dishes were pushed outwards (and subsequently stressed the membrane).

Conclusion The dome was assembled in IJburg for Jeanette van Steen and demounted after 3 months of use, according to plan. In the following year it was built in the new town of Leidscherijn near Utrecht where it served for 7 years to be the communal hall. In April 2012 it was demounted again and stored in containers in Amsterdam to function as a temporary hall with restaurant in Amsterdam North.

It will be rebuilt and a second skin with an improved thermal insulation will be constructed.

The fundamental research on cardboard took 5 months.

The engineering and production only 6 weeks after that. Constructing and assembling the cardboard dome turned out to be a relatively easy task compared to the experiences in the current turbulent Blob-era. All parts of the architectural and structural design, choice of materials, component drawings, material research, production, assembly, disassembly and rebuilding were already figured out in the stage of design. A professionally executed design & development process is the secret of this type of structural task. Design, Development & Research were integrated to enhance the current affairs of technology. ME

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

25

Trekkershut

Ontwerpen met sloopafval Door: dr. ir. S.P.G. Moonen Begin 2010 zocht de Stichting Trekkershut Nederland contact met de TU/e omdat ze een vernieuwend en duurzaam ontwerp wilden voor de bestaande trekkershutten. Samen hebben we gebruik gemaakt van een bijzondere regeling van het Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit: het Small Business Innovation Research (SBIR-Innovatie voor Recreatie en Ruimte). Bijzonder, omdat we toen de verplichting aangingen om het ontwerpresultaat ook echt te bouwen.

Via de Bouwkundewinkel is er een prijsvraag uitgeschreven, dat het begin was van een enerverend studentenproject.

Inmiddels zijn er heel veel stappen doorlopen en is het project nu zover dat er een prototype is, de “TREK-IN” genoemd, als voorloper op een grote serie. De opzet hiervan is zodanig dat er de komende jaren enkele honderden Trek-in’s gebouwd kunnen worden. Niet alleen het proces, de vorm en de compacte uitwerking van de Trek-in zijn bijzonder, ook de bouwwijze van de trekkershutten is uniek. Dit, omdat we geprobeerd hebben om alle materialen afkomstig te laten zijn uit sloopprojecten. Hiervoor heeft het bouwteam heel intensief samengewerkt met Arie van Liempd Sloopbedrijven uit Sint-Oedenrode. Met als resultaat, dat voor de nieuwe trekkershutten nauwelijks nieuwe grondstoffen aangeboord hoeven te worden. De Trek-in is hiermee zowel voor de TU/e als voor de betrokken bedrijven een uniek voorbeeld om een groot publiek (iedereen die straks in een van de Trek-in’s overnacht) kennis te laten maken met duurzaam bouwen op een manier waarbij afval een tweede leven wordt geboden.

Ontwerpproces De prijsvraag van de Bouwkundewinkel is 2,5 jaar geleden gewonnen door Tim van der Grinten en Xaviera Burón Klose met een ontwerp dat refereert naar de puntige tentstructuren op campings. Een ander belangrijk ontwerpthema is de balans tussen open en gesloten; aan de ene kant dient de Trek-in als een beschutte plek die de gebruiker privacy biedt, aan de andere kant stelt het ontwerp zich open naar de omgeving. Vervolgens is dit concept in een semesterproject verder uitgewerkt door een bijzonder ontwerpteam, waarin naast Tim en Xaviera ook Kristel Hermans (alle drie MSc-studenten) hebben

26

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

samengewerkt met Wendy van Kessel, Paul Kemme en Luuk de Kluiver (destijds nog BSc-studenten). Deze merkwaardige mix van studenten, disciplines en opgave heeft uitstekend gewerkt wat onder andere blijkt doordat ze vorig jaar de Woodchallenge 2011 hebben gewonnen.

Maar nadat een ontwerp af is, is er in de praktijk nog een uitgebreid realisatietraject te gaan, waarbij ook weer ingrijpende ontwerpbeslissingen genomen moeten worden. In deze fase komen de mogelijkheden en onmogelijkheden van bouwers, opdrachtgevers en transporteurs pas echt naar voren. Maar wellicht nog belangrijker, bij deze uitwerking worden consequenties van een beperkt bouwbudget leidend. In dit laatste traject, dat ongeveer een jaar heeft geduurd, hebben Kristel, Tim en Xaviera opnieuw bergen werk verzet.

Voor alle studenten die bij dit project betrokken zijn of zijn geweest, is dit dus een heel uitzonderlijk project geworden, omdat het in een studie niet vaak voor komt dat alle ontwerpstappen tot en met het eindproduct doorlopen kunnen worden.

Bouwen met materialen afkomstig van de sloop Vanaf het begin was het duidelijk dat het resultaat een demonstratieproject van duurzaam bouwen zou worden. Er is dus altijd veel zorg besteed aan het selecteren van de juiste materialen voor de constructie en de afbouw. Echter toen we zover waren dat er daadwerkelijk gebouwd zou worden, zijn we pas in contact gekomen met de directeur van sloopbedrijfA. van Liempd. Dit bedrijf maakt onder de naam 2LifeArt al gedurende vele jaren meubels op basis van

hergebruikt hout. Directeur Arie van Liempd is hierbij uiterst gedreven in het tonen dat sloopmaterialen een hoogwaardig tweede leven verdienen. Tijdens de eerste gesprekken bleken er ook op gebouwniveau mogelijkheden te zijn voor het hergebruiken van slooprestanten. Bovendien bleek dat dit goed ge誰ntegreerd kon worden in research van de TU/e, waar al meer dan 10 jaar onderzoek plaatsvindt naar ge誰ndustrialiseerd bouwen van woningen via een lichte bouwwijze met ge誰soleerde sandwich elementen. Het bleek mogelijk om het ge誰soleerde sandwichelement (gemaakt van twee boardplaten verlijmd aan een EPS kern) te vervangen door een oude binnendeur (gemaakt van twee platen hardboard verlijmd op een kern van honingraat karton). Gebruikte binnendeuren hebben nauwelijks een herbruikwaarde (omdat ze nagenoeg nooit onbeschadigd uit een sloopwerk komen) maar zijn wel relatief duur in het afvoeren vanwege het grote volume. In de Trek-in zijn deze oude (lichte) binnendeuren nu de basis van alle wanden, daken en vloeren. Hiervoor worden deze deuren in stukken opgezaagd om ze daarna aan beide zijden met H-vormige liggers te verbinden. Deze H-liggers zijn gemaakt van een hardboardstrook als lijf en oude houten latten als flenzen. Ondanks het zeer geringe gewicht kunnen hiermee grote, stevige basispanelen worden gemaakt, die als vloer, dak en wand worden gebruikt.

Vanwege de verlijming aan de H-liggers ontstaat er een spouw aan de binnenkant, waarin elektriciteit,water- en verwarmingsleidingen zijn weggewerkt.

De H-liggers zelf zijn het regelwerk, waartegen de binnenbetimmering wordt aangebracht. Deze binnenbetimmering is afkomstig uit sloophout, en wel door oude balklagen en gordingen te verzagen tot planken. Het mooie is hierbij dat oude schroefgaten en roestplekken na het verzagen een speciale aftekening geven, als afdruk van het eerdere leven van de balk. Juist dit subtiele residu van vroegere beschadigingen geeft de binnenbetimmering karakter.

Aan de buitenzijde van de basispanelen is er eenzelfde spouw als aan de binnenzijde. Omdat hier geen leidingen zitten, is deze holte met isolatieplaten gevuld.

Hierbij bleek dat we oude systeemplafonds konden gebruiken, die in grote hoeveelheden vrijkomen bij het slopen van kantoren. Deze platen zijn gemaakt van steenwol en daardoor ideaal om wanden, daken en vloeren te isoleren. In werktekeningen hebben we nu alle hart-op-hart afstanden van de H-liggers afgestemd op de breedte van plafondplaten, zodat deze gemakkelijk tussen twee H-liggers passen.

Als buitenafwerking wordt een hardboardlaag aangebracht ter ondersteuning van de waterkerende laag. De afwerking bestaat uit een houten regelwerk.

Ook deze komen van oude balken en gordingen door ze te verzagen. Deze latten ondergaan daarna een modificatie procedure, zodat ze beter geschikt zijn als buitenaftimmering. Dit laat onverlet dat er ook heel veel zorg is besteed aan optimaal ventileren van de buitenbetimmering om een lange levensduur te krijgen met minimaal onderhoud.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

27

Duurzaamheid Er is gekozen voor het gebruik van sloophout, omdat dit in wezen het meest duurzame hout is. Er hoeft immers geen boom voor te worden gekapt. Een ander aspect is dat er volop gebruik wordt gemaakt van slooprestanten, dat anders verbrand zou worden. Al het hout is afkomstig uit sloopprojecten en wordt met kwaliteitsbehoud gerecycled in de Trek-in.

Behalve dit hout en de deuren zijn ook vele andere onderdelen van de Trek-in aanvankelijke sloop restanten. Bijvoorbeeld het sanitair (toilet en wasbak), de lichtknopjes en wandcontactdozen, de gordijnroedes en kapstokhaakjes, de ramen (met uitzondering van de grote glazen vlakken), et cetera. Zelfs het keukentje in de Trek-in komt uit een gesloopte verpleegsterflat in Heerlen. Bij elke Trek-in die wordt gebouwd, wordt via een certificaat de herkomst van de materialen beschreven. Dit maakt iedere Trek-in “nieuw met een eigen verhaal”.

Industrieel bouwen Behalve de ongebruikelijke materialen en detaillering is de Trek-in ook bijzonder vanwege de volledige geïndustrialiseerde opzet. Want in tegenstelling tot de gangbare bouwmethoden kan met het innovatieve

28

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

systeem van de Trek-in een zeer lichte en stabiele kanten-klare module worden gemaakt, die eenvoudig is te produceren. Het transport naar de locatie drukt een grote stempel op het ontwerp, omdat de Trek-in in twee modules op diepladers vervoerd moet kunnen worden.

Alle afmetingen zijn hierop afgestemd. Het principe is dat op locatie slechts een fundering gemaakt hoeft te worden, waarop de twee modules bevestigd worden.

Omdat traditioneel bouwen op locatie veel manuren vergt en het lastig maakt om een hoog kwaliteitsniveau te realiseren, is hier veel winst behaald.

Behalve op transport, is het ontwerp ook geheel gericht op een optimale afstemming van separate specialisaties in de bouw. Alle benodigdheden voor verwarming, ventilatie en riolering zijn zodanig in het ontwerp gegroepeerd, dat de loodgieter ze als een -afzonderlijkeunit kan aanvoeren. Deze unit wordt in het bedrijf van de loodgieter compleet voorbewerkt waarbij alles is gemonteerd en functioneert. Als er een Trek-in wordt gebouwd, wordt deze complete unit geïntegreerd, zonder dat de loodgieter daarbij aanwezig is. Pas na het aanbrengen van de gehele aftimmering komt de loodgieter om het sanitair af te hangen. Deze optimale afstemming van werkzaamheden, reduceert de kosten, verhoogt de kwaliteit en verkort de levertijd.

Bijzondere fundering Het lage gewicht van de modules (en de voor transport benodigde stabiele vorm) maakt het mogelijk om een eenvoudige fundering toe te passen. Vanwege het lage gewicht is opwaaien maatgevend waarvoor een systeem is bedacht met een achttal steunen en ingegraven draadeinden. De steunen staan op gebruikte betontegels, die de belasting spreiden, en die de twee verzinkt stalen kokers ondersteunen. Hierop komen de beide modules. Via de draadeinden zijn steunen en kokers verankerd tegen opwaaien, waardoor ook de Trek-in als geheel een goede ondersteuning heeft.

Hierbij kan de fundering later worden bijgesteld, indien dat nodig mocht zijn (en ook weer volledig worden gedemonteerd aan het einde van de levensduur).

Een belangrijk ontwerpuitgangspunt van deze fundering is het optimaal ventileren van de onderzijde van de Trekin. Dit komt de levensduur van het hout ten goede. Bij een standaard fundering met een gestorte betonnen balk is ventilatie niet mogelijk, waardoor bestaande trekkershutten vaak problemen kennen met rottende onderregels.

Het maken van de fundering voor de Trek-in vergt ongeveer 3 uur. Dit is van belang omdat de complete aflevering van de Trek-in (inclusief fundering en alle aansluitingen) gericht is op het plaatsen in maximaal een dag. Dus in de ochtend de fundering opbouwen, rond de middag de twee modules van de dieplader oppakken en in de namiddag de koppeling waterdicht maken en afwerken alsook de riolering en aanvoerleidingen aankoppelen.

Bijzonder project Zoals hiervoor beschreven is dit een heel bijzonder project geworden voor iedereen die erbij betrokken was. Een volledig traject meemaken van eerste concept tot de optimalisatie van werktekeningen (zelfs gericht op massa productie) is al heel bijzonder. De gekozen materialen leidden ook voor iedereen tot een spannend traject, alsmede de vele vergaderingen vol met nieuwe ideeën om “onbruikbare” sloopmaterialen te hergebruiken tot hoogwaardige toepassing. Ook de wens om ontwerp en detaillering volledig af te stemmen op de transportmogelijkheden is heel speciaal. En heel leerzaam, omdat we al enkele malen hebben mogen meemaken dat onze ideeën ook juist waren, want: • de Trek-in is, vanuit de hal waar deze is gemaakt, vervoerd naar een kampeerterrein in Beers (en is daar door een 20-tal personen getest); • vervolgens is het prototype teruggebracht naar de hal (voor verbeteringen, volgend uit de gebruikersenquête); • daarna is deze naar de TU/e-campus verplaatst (als onderdeel van de Dutch Design Week); • om ook nogw naar Hardenberg te gaan, als onderdeel van de Recreatie Vakbeursbeurs; • en dan als laatste weer naar het kampeerterrein in Beers (waar deze nu gehuurd kan worden).

Echter, het meest speciale voor iedereen die bij het ontwerp betrokken was, is de beleving om in de Trek-in te logeren (sommige geluksvogels mochten zelfs tijdens de DDW op de TU/e-campus overnachten): Want vakantie vieren in je eigen ontwerp is een ultieme beloning, vooral als er zo’n bijzonder traject aan vooraf is gegaan.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

29

Tebodin is een veelzijdig, internationaal opererend advies- en ingenieursbureau. Je krijgt er de ruimte om je eigen carrièrepad uit te zetten. Onze mensen verdienen de beste ondersteuning.

We zijn een betrokken werkgever met de instrumenten om medewerkers uit te dagen, te ontwikkelen en te belonen.

Tebodin always close Technische talenten gezocht We zijn voor onze vestigingen op zoek naar ambitieuze Junior Engineers die niet op zoek zijn naar een baan, maar een carrière.

Wat vragen wij van een Junior Engineer?

■ Een afgeronde technische HBO en/of WO opleiding ■ Uitstekende mondelinge en schriftelijke uitdrukkingsvaardigheden ■ Goede kennis van de Nederlandse en Engelse taal ■ Een klant- en resultaatgerichte instelling ■ Ambitieuze en enthousiaste persoonlijkheid

Kijk voor alle vacatures op www.werkenbijtebodin.nl Volg Tebodin ook op: Voor meer informatie over vacatures en stages neem je contact op met Sandra Meijer; s.meijer@tebodin.com

Witteveen + Bos

KOers op de werkvloer Door: Maartje Dijk, Rianne Luimes en Paul Teeuwen Oud-KOersleden op de werkvloer Maartje Dijk MSc (MD), oud-KOerslid; Rianne Luimes MSc (RL), oud-bestuurslid en dr.ir. Paul Teeuwen (PT), ook oud-bestuurslid, werken alle drie bij Witteveen+ Bos. Wij spraken met hen over hun ervaringen op de werkvloer en de verschillen/overeenkomsten met de master Structural Design Wanneer zijn jullie bij Witteveen+Bos aan de slag gegaan?

MD: Eind 2010, een half jaar na mijn afstuderen. Ik heb eerst nog een half jaar ergens anders gewerkt.

PT: Sinds oktober 2009.

RL: Sinds oktober 2011 ben ik werkzaam bij Witteveen+Bos in Breda.

Hoe zijn jullie met dit bedrijf in aanraking gekomen?

MD: Een vriendin van mij kende iemand bij Witteveen+Bos en die wist dat er een vacature was. Ik heb toen datzelfde weekend nog een brief gestuurd. De week erop mocht ik op gesprek komen.

PT: Het eerste contact dat ik met Witteveen+Bos had was op de Wervingsdagen van de TU/e, in het voorjaar van 2009. Daar ontmoette ik Theo Salet en had met hem een boeiend gesprek over Witteveen+Bos. Een paar maanden later had ik een eerste kennismakingsgesprek.

RL: Tijdens mijn bestuursjaar (2007-2008) heb ik kennis gemaakt met Witteveen+Bos. We hebben toen samen met Witteveen+Bos een excursie georganiseerd naar de Noord/Zuidlijn en het Ibis-hotel dat door middel van een overbouwing van spoor 2, 3 en 4 is gefundeerd op perron 1 en 2 van Amsterdam CS. Deze excursie heeft een erg goede indruk op mij achtergelaten.

Is dit jullie eerste werkgever na het afronden van je studie of hebben jullie nog bij andere bedrijven gewerkt?

MD: Ik heb een half jaar bij Pieters Bouwtechniek gewerkt, maar het ging op dat moment niet zo goed

Figuur 1: Nieuwe container terminal van APMT op Maasvlakte II

bij dat bedrijf en het was onduidelijk of mijn contract verlengd zou worden.

PT: Witteveen+Bos is mijn eerste werkgever. Daarvoor heb ik stage gelopen bij Royal Haskoning (2003).

RL: In maart 2011 ben ik afgestudeerd aan de Technische Universiteit Eindhoven. Na mijn afstuderen ben ik op gesprek geweest bij Witteveen+Bos, maar op dat moment konden zijn mij geen concrete aanbieding doen. Vervolgens heb ik een half jaar bij Pieters Bouwtechniek Utrecht gewerkt. Na dat half jaar ben ik opnieuw door Witteveen+Bos benaderd en heb ik daar een baan als constructeur aangeboden gekregen.

Wat zijn jullie voornaamste werkzaamheden gedurende een werkdag?

MD: Als constructeur maak ik vooral staal en betonberekeningen, zowel voor de ontwerpfase als voor de uitvoeringsfase. Het is bij Witteveen+Bos daarnaast mogelijk om je te specialiseren op een bepaald gebied en dus heb ik me bijvoorbeeld veel bezig gehouden met scheurvormingsberekeningen. Verder onderzoek ik af en toe schadegevallen.

PT: Het ontwerpen van constructies, intern overleg voeren met collega’s van andere disciplines, externe projectbesprekingen bijwonen.

RL: Mijn voornaamste werkzaamheden gedurende een dag zijn het maken van ontwerp- en uitvoeringsberekeningen in beton, staal en hout.

Daarnaast heb ik afgelopen maanden meegewerkt aan een schadeonderzoek naar scheurvorming in een ondergrondse parkeergarage in Uden.

Aan welke projecten werken jullie op dit moment?

MD: Op het moment heb ik veel verschillende projecten tegelijk lopen. Onder andere een lijnwerkplaats voor trams in Diemen dat nu in uitvoering is, een fietsenstalling voor station Haarlem, een kantoorgebouw dat wordt verbouwd tot hotel in Amsterdam en een onderzoek naar schade aan een boerderij in Groningen.

PT: Diverse gebouwen voor de nieuwe container terminal van APMT op Maasvlakte II waaronder een

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

31

Figuur 2: Nieuwe container terminal van APMT op Maasvlakte II

kantoorgebouw, hal en overkapping (zie figuren 1 en 2). Pontfuik Den-Helder: ontwerp en engineering van een drijvend remmingswerk (waterbouwkundige constructie) voor de veerdienst Den Helder- Texel.

Onderzoek naar scheurvorming in een parkeergarage in Uden met behulp van niet-lineaire eindige elementen analyse.

RL: Op dit moment werk ik aan de nieuwbouw van een milieustraat in Zutphen. Bij dit project ben ik betrokken als constructeur bij alle bouwfasen, van voorlopig ontwerp tot de daadwerkelijke uitvoering, voor de gebouwen die onderdeel uitmaken van de milieustraat.

Op deze manier krijg ik inzicht in wat er allemaal komt kijken bij het realiseren van een bouwwerk. Daarnaast zie ik stapsgewijs de vorderingen binnen het project wat erg interessant en motiverend is. Daarnaast werk ik aan het project Verdoold te Gouderak (zie figuur3). Dit project betreft de renovatie en gedeeltelijk nieuwbouw van een gemaal. Bij dit project ben ik als constructeur betrokken bij de uitvoeringsfase en maak ik veel uitvoerings- en detailberekeningen.

ik die vaardigheden op de universiteit wat uitgebreider had opgedaan.

PT: Met name het projectwerk heeft overeenkomsten.

Tijdens mijn T9 project aan de TU/e heb ik een overkapping voor een ijsbaan ontworpen met stalen bogen. Dit rapport heb ik vorige jaar nog eens opengeslagen toen we voor de overkapping op de container terminal ook besloten stalen bogen toe te passen. Deze kennis bleek ineens zeer welkom!

RL: De constructieve problemen die ik in mijn werk tegenkom zijn vaak complexer dan de gevallen die op de TU/e zijn onderwezen. De theoretisch simpele gevallen die zijn behandeld op de TU/e bieden wel een goede basis. Na het grondig analyseren van het complexe constructieve probleem lukt het vaak om slimme oplossingen te bedenken. Wat overeenkomt is het rekenen met 3D modellen met bijvoorbeeld het eindige elementen programma SCIA Engineer.

Hebben de werkzaamheden (veel) overeenkomsten met wat jullie op de TU/e tegenkwamen en zo ja, welke?

MD: Vooral in het begin miste ik wel praktische kennis over hoe je bijvoorbeeld wapening op een handige manier ontwerpt. Projecten die meer theoretische kennis vroegen en onderzoek lagen me beter, aangezien

Zijn jullie van mening dat de Mastertrack Structural Design jullie voldoende heeft voorbereid op het bedrijfsleven?

MD: Ja, alleen van grondmechanica en funderingen vond ik zelf dat ik te weinig heb geleerd op de TU/e.

Daarvoor heb ik inmiddels een cursus (CGF1) gedaan. De praktische kennis doe je eigenlijk vanzelf wel op tijdens het werk.

PT: Nadat ik in 2005 ben afgestudeerd aan de TU/e, heb ik er nog 4 jaar promotieonderzoek gedaan. De totale bagage die ik in 10 jaar tijd aan de TU/e heb verzameld heeft er voor gezorgd dat ik in het bedrijfsleven al snel zelfstandig kon functioneren en mijn eigen projecten kon doen. Uiteraard moet je als jongprofessional nog veel leren en kun je lang niet alles zelfstandig oplossen.

Echter is er veel kennis aanwezig binnen het bedrijf en is het zaak dat je de juiste mensen weet te vinden die je dan kunnen helpen.

RL: De mastertrack Stuctural Design biedt een goede basis voor het werk als constructeur bij een adviesbureau. Met name de analytische denkwijze die je tijdens je studie ontwikkelt, helpt goed bij de aanpak en uitwerking van complexe problemen. In de mastertrack wordt echter weinig aandacht besteedt aan de praktische kennis die nodig is bij het uitwerken van constructies, maar deze kennis doe je gaandeweg vanzelf op.

Figuur 3: Gemaal Verdoold

Waar wordt op de TU/e, en specifiek bij de Mastertrack Structural Design, naar jullie mening te weinig aandacht aan besteed, op basis van je huidige werkervaring?

MD: Zoals ik al aangaf op het gebied van grondmechanica, maar daar is volgens mij intussen al wel iets aan veranderd.

PT: Waar je tijdens je studie weinig mee te maken krijgt zijn zaken als bouwprocessen, contract vormen, vergunningen etc. Maar dat zijn zaken, die leer je vanzelf in de praktijk. Mijns inziens is het belangrijk dat je tijdens je studie zo veel mogelijk vakinhoudelijk verdiept en die mogelijkheid is mij in de Mastertrack van Structural Design geboden.

32

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Figuur 4: Maartje Dijk voor de vesting in Deventer.

Figuur 5: Rianne Luimes en Paul Teeuwen voor de vesting in Breda

RL: Er wordt bij Witteveen+Bos veel gewerkt in multidisciplinaire teams en goede communicatieve vaardigheden en een goed contact met collega’s en opdrachtgevers is daarbij essentieel. De ontwikkeling van deze vaardigheden zou meer aandacht kunnen krijgen.

MD: Er zijn genoeg mogelijkheden bij Witteveen+Bos om te gaan doen wat je leuk vindt. Ik denk dat ik zelf, naast de standaard constructeurswerkzaamheden, me bezig zal blijven houden met scheurvorming in beton.

Daarnaast ben ik sinds kort bezig om te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn van parametrische modellen bij het ontwerpen van constructies.

PT: Ik heb het enorm naar mijn zin bij Witteveen+Bos, en kan me er ontwikkelen op de gebieden die ik belangrijk vind. Ook biedt het bedrijf voldoende doorgroeimogelijkheden voor de toekomst. Op dit moment heb ik geen reden om op zoek te gaan naar een andere werkgever.

RL: Binnen Witteveen+Bos zie ik veel mogelijkheden om mijzelf in de komende jaren te ontwikkelen als een ervaren allround constructeur en om door te groeien naar projectleider en zelfstandig projecten te leiden. Ik werk aan uitdagende en afwisselende projecten en leer iedere dag nieuwe dingen. Op dit moment neem ik deel aan het starterstraject, waar aandacht wordt besteed aan communicatieve en adviesvaardigheden, en volg ik een cursus grondmechanica en funderingstechniek om mijn kennis te verbreden en verdiepen. Daarnaast krijg ik de mogelijkheden om me te specialiseren op het gebied van houtconstructies. Kortom, ik zit bij Witteveen+Bos goed op mijn plek!

Op welke manieren zou KOers zijn studenten (nog) beter kunnen voorbereiden op het bedrijfsleven?

MD: Via een stage. Ik heb zelf tijdens mijn studie besloten om stage te lopen, maar dit zou voor iedereen wel een leerzame ervaring zijn. Je krijgt dan de gelegenheid om alvast een beetje te ervaren hoe het is om aan echte projecten te werken en hoe de bouw is georganiseerd.

PT: Meer contacten met het bedrijfsleven onderhouden in de vorm van bedrijfspresentaties, projectlezingen e.d.

RL: Ik ben het met Maartje eens. Daarnaast zou KOers excursies kunnen organiseren naar bouwprojecten of in combinatie met bedrijven stages of afstudeerprojecten kunnen aanbieden.

Hoe zien jullie toekomstplannen eruit? Zijn er veel doorgroeimogelijkheden binnen Witteveen+Bos of zijn jullie van plan om binnen enkele jaren op zoek te gaan naar een andere werkgever?

Witteveen+Bos Witteveen+Bos is sinds 1946 werkzaam als onafhankelijk ingenieursbureau. In ons hoofdkantoor in Deventer en onze vestigingen zijn circa 930 medewerkers werkzaam.

Werkterreinen Als onafhankelijke ingenieurs en adviseurs worden wij ingeschakeld door overheden, nutsbedrij-ven, waterschappen en bedrijven. Onze projecten spelen zich af op de vakgebieden water, infrastructuur, milieu en bouw en de raakvlakken daartussen. Naast technische deskundigheid beschikken wij over expertise op het gebied van financiën, proces- en projectmanagement, juridische en organisatorische zaken.

Organisatiestructuur Witteveen+Bos heeft een toegankelijke en doorzichtige organisatiestructuur. De 28 product-marktcombinaties (PMC’s) richten zich op een bepaald marktsegment.

Nauwe samenwerking tussen de PMC’s waarborgt de integrale aanpak van projecten. Maartje, Paul en Rianne zijn alle drie werkzaam in de PMC gebouwen die valt onder de sector infrastructuur en bouw.

Vestigingen Voor ons werk zijn korte communicatielijnen met de opdrachtgever onontbeerlijk. Witteveen+Bos heeft daarom regionale vestigingen in Almere, Amsterdam, Breda, Den Haag, Heerenveen, Maastricht en Rotterdam.

In het buitenland zijn wij actief in diverse landen. Er zijn permanente vestigingen in België, Indonesië, Kazachstan, Letland, Rusland en Vietnam.

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

33

Afstudeerverslag

Ontwerpen van een vvUHSB sluisdeur Door: Ir. A.R. Reitsema Afstudeercommissie :

prof. dr. ir. D. A. Hordijk (TU/e), ing. S. de Boer (TU/e), ir. L. D. Molenbroek R.O. (Heijmans)

Het afstudeerwerk richt zich op vernieuwende mogelijkheden op het gebied van materiaalgebruik en ontwerpmethodiek voor het ontwerp van zestien puntdeuren binnen het renovatieproject “sluizencomplexen Sambeek en Belfeld”. Op het gebied van materiaalgebruik is onderzoek verricht naar de toepassing van vezelversterkt ultra hogesterktebeton (vvUHSB) voor een sluisdeur. Hiervoor zijn Franse ontwerpaanbevelingen gebruikt om sterkteberekeningen te maken; de Eurocode voorziet niet in deze. Qua ontwerpmethodiek is gebruik gemaakt van optimalisatiealgoritmen geïmplementeerd in een eindige elementen omgeving. Deze optimalisatiealgoritmen zoeken iteratief naar een materiaalverdeling, waarbij de ratio tussen traagheid en het volume van een constructief systeem zo optimaal mogelijk is, binnen een vooraf gedefinieerd ontwerpdomein.

Aanleiding onderzoek In oktober 2010 heeft een nieuwe ontwikkeling zijn intrede gedaan. In sluis 124 op IJburg te Amsterdam is de eerste betonnen sluisdeur ter wereld geplaatst.

Deze sluisdeur is gemaakt van vezelversterkt hogesterktebeton, (C90/105) met hierin stalen vezels verwerkt. De 10cm dikke, 6.5m lange, 4.5m hoge deuren hebben rondom een schuine rand van 35cm bij 40cm, en wegen circa 14.5 ton per stuk. Gebleken is dat zowel de bouwkosten als de onderhouds-kosten veel lager dan die van de tot dusverre toegepaste houten of stalen varianten. (Cement 2010/7) Begin 2011 is door Rijkswaterstaat het renovatieproject “Sluizen Sambeek en Belfeld” aan aannemersbedrijf Heijmans te Rosmalen gegund. Dit project bevat het renoveren van in totaal zestien stalen sluisdeuren, welke door veroudering toe zijn aan renovatie. Na inventarisatie van dit project is intern de discussie ontstaan of ook deze sluisdeuren, uitgevoerd als puntdeur met een kerende hoogte van 7.9m, op een rendabele wijze realiseerbaar zijn in beton. Als reactie op deze discussie is dit afstudeeronderzoek gestart, waarin naast toepassing van conventioneel beton (C53/65), onderzocht is of vezelversterkt ultra hoge sterktebeton succesvol ingezet kan worden.

34

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

vvUHSB Betontechnologisch onderzoek heeft geleidt tot het vinden van betonsamenstellingen die, onder andere door het verdichten van de matrix, hoge drukkrachten kunnen opnemen. Een gunstige bijkomstigheid is dat deze mengsels een lage permeabiliteit hebben. Beide gunstige eigenschappen zijn verklaarbaar uit de matrix die door het weglaten van grove aggregaten en het toevoegen van fijn zand en silica fume dichter is dan in een conventioneel betonmengsel (Fig 1). Men spreekt bij deze mengsels over ultra hogesterkte beton (UHSB).

Een nadeel van dit beton is dat het de eigenschap heeft om bros bezwijkgedrag te vertonen. Om toch een ductiel betonmengsel en daarbij behorend bezwijkgedrag te verkrijgen, is het gebruikelijk stalen vezels toe te voegen. Samengevoegd spreekt men bij een UHSB mengsel met vezelversterking (vv) over vvUHSB.

Betonnen Sluisdeuren Traditioneel worden sluisdeuren uitgevoerd in staal of hout. Om inzicht te krijgen in waarom conventioneel beton niet toegepast wordt voor het construeren van een sluisdeur, is gestart met het constructief doorrekenen van een variant in C53/65 beton. Hieruit is geconcludeerd dat een sluisdeurdikte van 450mm, in combinatie met een aanzienlijke hoeveelheid buigtrekwapening in de hoofdrichting nodig is om te voldoen aan de eisen gesteld in de Eurocodes.

Gesommeerd levert dit ontwerp een dermate hoog eigen gewicht, dat bewegingswerken alsmede verankering van de sluisdeur zeer robuuste dimensies krijgen wat het ontwerp niet rendabel inzetbaar maakt.

Ontwerpen met algoritmen “Een nieuw materiaal behoeft een nieuwe ontwerpmethodiek”. Met deze visie is een onderzoek gedaan naar ontwerpen met optimalisatie-algoritmen.

De drang tot optimaliseren bij het ontwerpen met vvUHSB komt met name voort uit de hoge kostprijs van het mengsel. Er is gebruik gemaakt van algoritmen welke veelal aangeduid worden als “topological optimization algorithms”. Deze verwijdert iteratief materiaal uit de doorsnede waar de rekken, en dus spanningen, het laagst zijn totdat een vooraf bepaald ontwerpdoel behaald is (zie Fig4). Door gebruik te maken van deze algoritme is een 4e ontwerpvariant (naast staal, C53/65 en vvUHSB) gecreëerd.

Volgend op de C53/65 sluisdeur is een ontwerp in vvUHSB uitgewerkt. Dit ontwerp is ook uitgewerkt als een vlakke betonplaat. Het bepalen van de capaciteit van een vvUHSB plaat is gedaan met een multi-layer model (Fig2).Dit model is in staat om ook het softening gedrag van vvUHSB mee te nemen voor het bepalen van de doorsnedecapaciteit.

Uit een uitgevoerde parameterstudie is gevonden dat de vvUHSB sluisdeur een optimale dikte heeft van 200mm (Fig3). Deze optimale dikte is bepaald aan de hand van de energiebehoefte bij productie van het constructieve element. Hiervoor zijn kengetallen gebruikt welke in de literatuur veelal omschreven worden met de term “embodied energy”. Deze omschrijven de totale energiebehoefte van het produceren tot recyclen van een bepaald materiaal onder een gedefinieerd volume.

In vergelijking met een sluisdeur in staal, bespaart het ontwerp van een sluisdeur in vvUHSB 90% van de energie/CO2-uitstoot.

Gevonden is dat deze methode van ontwerpen een scherp beeld schept van de aanwezige hoofdspanningstrajectoren in een doorsnede. Hier kan nadien op ontworpen/gedimensioneerd worden om zo tot een ontwerp te komen waarin materiaal optimaal naar capaciteit is toegepast. In het algemeen strookt deze ontwerpmethodiek met onze hedendaagse opvattingen over duurzaamheid en schoonheid.

Gevonden voor de 4e variant is dat door gebruik te maken van deze algoritmen, een extra 34% energie/ CO2-uitstoot bespaard wordt ten opzichte van de 3e variant.

Conclusie Eindconclusie is dat vvUHSB constructief een geschikt materiaal is voor toepassing als waterkerend werk.

Daarnaast heeft vvUHSB ook voordelen op het gebied van duurzaamheid. Bij het ontwerpen van vvUHSB constructies blijkt het gebruik van optimalisatiealgoritmen zeer nuttig te zijn. Door het constructieve gedrag van een element goed te bestuderen is een ontwerp gemaakt waarbij het materiaal zeer efficiënt is toegepast. Vele andere constructies kunnen op dezelfde wijze als in dit onderzoek onderzocht worden.

ENCI-Studieprijs Op 15 November 2012 zijn in “de Doelen” te Rotterdam de ENCI-studieprijzen uitgereikt. Deze studieprijzen worden toegekend voor studies, die naar de mening van de jury blijk geven van goed inzicht, diepgang en originaliteit. Met dit afstuderen is in de categorie universiteiten de 1e prijs gewonnen. Meer informatie, alsmede de mogelijkheid tot downloaden van het afstudeerverslag, is te vinden op de website van de ENCI-studieprijzen. (www.encistudieprijs.nl)

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

35

Afstudeerverslag

Ontwikkeling van een alternatieve fundering Door: Daphne Dales Afstudeercommissie :

Dr. Ir. S.P.G. Moonen, Ir. R. Blok, Ir. G.W. Schalkwijk en Ir. J.A.A. Huijgen

In Nederland, vooral in het westelijk deel van het land, bestaat de grond uit klei en zijn de woningen gebouwd op houten palen. Door draagkrachtproblemen en houtaantasting zijn deze houten funderingen gaan verzakken waardoor ongelijke zettingen ontstaan met scheuren, scheefstand, klemmende deuren en instortingsgevaar tot gevolg (figuur 1). Alleen nu al zijn er 200.000 woningen waarvan de zettingen gestopt moeten worden om de woning bewoonbaar te houden. Voor de eigenaren is dit een grote ingreep; het kost veel tijd, brengt overlast met zich mee en de kosten bedragen gemiddeld 65.000 euro terwijl de ingreep geen meerwaarde oplevert.

Tegenwoordig zijn er technieken als het omhoog brengen van de grondwaterstand, het bijplaatsen van palen of het plaatsen van nieuwe palen die met een constructieve vloer verbonden zijn met de bestaande woning om de fundering van de woningen te herstellen of te vernieuwen.

Opvallend is dat ondanks de groeiende vraag naar funderingsherstel en -vernieuwing de toegepaste methoden niet optimaal zijn. Verbeteringen als efficiĂŤnter dimensioneren en het beperken van bouwtijd, overlast en de faalkans zijn nodig om de ingreep voor meer huishoudens mogelijk te maken.

Omdat de ingreep onder een bestaande woning plaats vindt, spelen andere randvoorwaarden mee dan bij een nieuwbouwproject. Of de fundering nu hersteld of vernieuwd wordt, het bovenliggende casco moet intact blijven. Constructief gezien geeft dit uitdagingen, voordat de nieuwe delen toegepast kunnen worden, moet een deel van de bestaande constructie verwijderd worden, zonder dat het gebouw schade ondervindt.

Daarbij wordt met het aanbrengen van een nieuwe funderingsconstructie een nieuwe draagweg ingeleid, welke getoetst dient te worden.

De uitdaging van het afstudeerwerk is het stoppen van de zettingen van de bestaande fundering met een methode waarbij de kosten, overlast en werkdruk voor de belanghebbenden gunstiger zijn dan bij de huidige methoden. Daarbij moeten eisen gesteld zijn aan de kwaliteit van de nieuwe fundering en de mogelijkheden van de bestaande constructie bepaald worden.

Om de voor- en nadelen van de huidige wijzen van funderingsherstel en -vernieuwing te leren kennen zijn verschillende projecten bezocht en is gesproken met uitvoerders, gemeente en eigenaren. Hieruit is referentiemodel opgezet. Met het programma van eisen bestaande uit de algemene, constructieve en uitvoeringstechnische eisen is de inkadering van het afstudeeronderzoek compleet.

Met het eerste onderzoek is bepaald dat het overbrengen van de krachten van de woningen naar een draagkrachtige laag het beste gedaan kan worden volgens de bestaande techniek van het drukken of heien van segmenten stalen buispalen. Deze palen

36

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Figuur 1: Gevolg van funderingsschade

worden onder de begane grondvloer aangebracht naast de dragende wanden. De palen staan niet onder de wanden waardoor de belasting niet rechtstreeks van de wand naar de paal kan worden gebracht. Uit studie naar het constructief systeem volgt dat het optredend moment met een doorgaande ligger wordt opgenomen.

Vervolgens is een studie naar verschillende constructiematerialen, bekistings- en wapeningtechnieken gedaan. Ook is gekeken naar de mogelijkheden voor de doorsnedevorm en de aansluitingen met de palen en de wanden. De beste combinatie is een rechthoekige (550x300) staalvezelbetonbalk, gestort in een kartonnen bekisting.

Voordeel van de kartonnen bekisting is de flexibiliteit; de bekisting kan compact vervoerd en verwerkt worden en wanneer nodig kunnen aanpassingen op de bouwplaats gedaan worden.

Een vervolg studie moet uitwijzen wat de meest optimale uitvoeringsvariant is van de kartonnen bekisting. De eisen aan de bekisting, vanaf het moment dat het beton gestort wordt totdat het voldoende is

uitgehard, zijn gedefinieerd. De bekistingswanden moeten voldoende stijf zijn om de hydrostatische druk van het beton tegen houden. Tijdens het uitharden van het beton komt water vrij; door het aanbrengen van een polyethyleen coating aan de binnenzijde van de bekisting is deze vloeistofdicht.

Verschillende varianten van de kartonnen bekisting zijn ontwikkeld en kunnen grofweg verdeeld worden in twee groepen: Bekisting van massief karton en bekisting van gevouwen karton. Een groot nadeel van de eerste groep is de belasting die loodrecht werkt op het oppervlak, in deze richting is het karton minder sterk. Het karton moet dik uitgevoerd worden, waardoor het niet meer te vouwen is en te zwaar is. Gekozen is voor de toepassing van het gevouwen karton met een honingraatstructuur waar de belastingen evenwijdig aan het kartonoppervlak werken.

Met een tweetal proeven is getracht inzicht te krijgen in het gedrag van honingraatkarton ten gevolge van de hydrostatische druk. Ondanks de grote vervormingen van het orthotrope materiaal, treedt geen bezwijken op (figuur 2). Een computermodel is gemaakt om meer studies te kunnen doen en de invloedfactoren te kunnen bepalen. Echter treedt de vervorming van de bekisting op als een iteratief proces, wat niet eenvoudig in een model te verwerken is. Door het aanbrengen van verschillende elasticiteitsmodulussen over het oppervlak van de bekistingswand wordt een verplaasting gelijkvormig aan de proefresultaten gegenereerd. Het model is niet correct, maar geeft een indruk van het materiaalgedrag en wordt het gebruikt voor het maken van een model van het eindproduct. Uit dit model volgt dat het toepassen van een kartonnen bekisting mogelijk is wanneer wanden en grondplaat uit ĂŠĂŠn stuk gemaakt zijn en de wanden op tweederde van de hoogte horizontaal worden gesteund (figuur 3).

Toepassing van alleen vezelwapening is, door het niet kunnen herverdelen van de krachten in de

Figuur 2: Vervormen van het honingraat karton

balk, niet mogelijk. Een combinatie van vezels en langswapening volstaat wel, daarbij is toepassing van minimale dwarskrachtwapening volgens NEN-EN1992 onvermijdelijk. Wanneer meer bekend is over de bijdrage van staalvezels aan het opnemen van de dwarskracht, zullen beugels mogelijk niet nodig zijn.

Met dit in het achterhoofd zijn zowel de mogelijkheden van wapenen met staalvezels als met traditionele korven uitgewerkt.

Samenvattend kan gesteld worden dat de toepassing van de honingraatkarton bekisting een toekomst heeft. Wel is verder onderzoek nodig om een praktisch toepasbaar product te ontwikkelen.

In het proces heeft de focus op de bekisting gelegen waardoor minder aandacht is besteed aan de wapeningsmethode en het totaal systeem; hier zal meer onderzoek naar gedaan moeten worden.

Kijkend naar het programma van eisen kan gesteld worden dat het eenvoudig aanbrengen en aanpassen van de kartonnen bekisting samen met een slimme manier van wapenen bijdragen aan het beperken van de bouwtijd, werkdruk en faalkans.

Figuur 3: Impressie van de honingraatkarton bekisting

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

37

KOers Onderwijs update Door: Iris Rombouts Commissaris Onderwijs Onderwijsnieuws in Nederland Goed nieuws voor de langstudeerders: de langstudeerboete is afgeschaft. De TU/e heeft besloten de langstudeerboete met ingang van maandag 15 oktober niet langer te innen. Studenten die de boete (of een deel daarvan) al betaald hadden, krijgen dit bedrag terug.

aan betonnen pylonen. In totaal 80 tuien, bevestigd aan 2 x 2 pylonen, dragen de hoofdoverspanning van 270 meter over de Waal. De overspanningen van de aanbruggen, aan weerszijden van de pylonen, variëren van 70 tot 150 meter en worden gerealiseerd door twee voorgespannen U-liggers, waartussen prefab liggers geplaatst worden.

Wat hier tegenover staat, is dat de studiefinanciering voor het hoger onderwijs zal worden vervangen door een sociaal leenstelsel. Hierdoor kan 800 miljoen euro worden bespaard. Studenten lenen dan geld om hun studie te bekostigen, tegen gunstige voorwaarden, zoals een lage rente. Ze betalen na hun studie het volledige bedrag terug als ze werk hebben gevonden. Dit systeem moet in 2014 worden ingevoerd en geldt alleen voor nieuwe studenten.

Bijzonder in dit ontwerp is de uitvoering van de aanbruggen, welke achter de landhoofden worden gefabriceerd en vervolgens naar hun plek worden geschoven. Voor dit schuifproces zijn tijdelijke ondersteuningen en stalen schuifneuzen toegepast, die voorkomen dat de overspanning (in theorie een uitkraging tot aan het volgende steunpunt) te groot wordt. Daarnaast wordt er in de U-liggers centrische voorspanning toegepast, omdat de benodigde capaciteit van de voorspanning tijdens het schuiven voortdurend verandert. Zodra de liggers op hun plek liggen, worden deze centrische kabels op gunstige plekken doorgeboord en neemt de excentrische voorspanning (twintig strengen Ø15,7 mm, per element) hun werk over.

Ook onze OV-kaart wordt in 2015 vervangen door een kortingskaart, dit levert nog eens een besparing van 200 miljoen euro extra op.

Jongeren kunnen hierdoor massaal gaan afzien van een hogere opleiding, maar zie het als een voordeel: hogeropgeleiden zullen straks schaars zijn en jij bent er toch nog mooi één van!

Onderwijsnieuws Structural Design Is er nog onduidelijkheid over afstuderen? Vanaf nu staat er op de website www.koerstue.nl een duidelijke up-to-date beschrijving. Ook alle vakken van CO zijn omschreven en de tentamenbank is ververst!

Vakexcursie voorgespannen beton In het kader van het vak 7P690 – Voorgespannen Betonconstructies vond vrijdag 19 oktober een excursie naar de brug bij Ewijk plaats. Deze brug sluit aan bij de capaciteitsvergroting van de A50, van 2x2 naar 2x4 rijstroken. Het ontwerp van de nieuwe brug (geheel in beton) komt overeen met de bestaande Waalbrug (gedeeltelijk staal): een tuiconstructie opgehangen

De hoofdoverspanning wordt door vier vrije voorbouwkisten uitgevoerd, welke telkens 5 meter brug bekisten. Zo worden 44 elementen en één sluitmoot gemaakt, die op het moment van schrijven worden uitgevoerd. In het middendeel van deze overspanning kunnen, door onder meer architectonische uitgangspunten, geen tuien worden aangebracht, waardoor tijdelijke voorspanning wordt toegepast.

Ook deze wordt weggeboord zodra de vrije voorbouw gereed is. Volgens de planning zal de brug in juni 2013 worden opgeleverd.

Evaluatielunch Maandag 19 november vond onze allereerste evaluatielunch plaats in samenwerking met Bureau Kwaliteitszorg. En met succes: een twintigtal studenten kwamen hun mening geven over de vakken Aluminium

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

39

Structures (7P882), Prestressed Concrete (7P690) en Energy Principles of Structures (7P865). De vragen en opmerkingen konden meteen teruggekoppeld worden door de aanwezige docenten.

Er zijn door KOers een aantal aandachtspunten per vak opgesteld en wanneer deze worden ondertekend door de docenten, ligt er een officieel evaluatiedocument bij Bureau Kwaliteitszorg.

Voor Aluminium Structures is het zaak zo snel mogelijk een nieuw dictaat te maken, studenten vinden het vervelend dat hierin volgens de NEN-norm wordt gerekend en er oude figuren in staan. De oefening werd als een goede aanvulling ervaren, maar kwam wegens omstandigheden te laat. Misschien verklaart dit mede het grote aantal onvoldoendes.

De colleges van Energy Principles of Structures hebben een goede structuur: met eerst een uur uitleg en dan een uur mogelijkheid tot het stellen van vragen over de opgaven. Het idee werd geopperd om 50% van de opgaven de week erna uitgewerkt te tonen in plaats van 100%. Dit motiveert de student zelf te oefenen.

De uitwerkingen van de opgaven worden wel als erg nuttig ervaren om het tentamen voor te bereiden.

De opdracht op het tentamen waarbij een hele integraalvergelijking moest worden opgelost en waarbij alleen het eindantwoord leek te tellen, wordt wellicht in de toekomst opgesplitst in deelantwoorden.

Prestressed Concrete scoort ook goed, een enthousiaste docent, de colleges sluiten goed aan op het boek en geven handige rekenvoorbeelden. Studenten hadden het fijner gevonden als de voorbeelden eerder op OASE zouden komen, zodat ze deze eerst zelf konden uitwerken en zelf tegen fouten aan konden lopen. Nu leest de docent alle antwoorden van de sheets voor en is het voor studenten moeilijk de aandacht bij de les te houden. Het tentamen is erg representatief voor de praktijk: zodra je alle principes begrijpt, is het tentamen prima te doen, maar hoef je niet alle formules uit je hoofd te leren.

Tentamens Het eerste kwartiel zit er weer op en om jullie een idee te geven hier de resultaten van de tentamens:

40

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

Afstudeerstages Ben je op zoek naar een (afstudeer)stage of traineeship?

We hebben er een aantal beschikbaar, dus kom gerust langs in de KOershoek op vloer 5!

Afscheid Prof. dr. ir. D.A. Hordijk Prof. Hordijk, die we onder andere kennen van de vakken Prestressed Concrete en Prefabricated Concrete, heeft zijn loopbaan op de TU/e per 1 januari 2013 beĂŤindigd.

Als opvolger van Joost Walraven heeft hij de positie van hoogleraar Betonconstructies aan de Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de TU-delft ingenomen.

Prof. Hordijk geeft aan dat de overgang naar Delft niet zal betekenen dat er geen sprake meer is van samenwerking. Wat hem betreft zullen Eindhoven en Delft de krachten moeten bundelen om in een tijd van alsmaar teruglopende budgetten goed onderwijs en onderzoek te kunnen blijven verzorgen.

Wie de vakken van Prof. Hordijk zal overnemen is nog niet bekend, maar zijn afstudeerders zal hij blijven begeleiden tot ze afgestudeerd zijn.

Planning vakken collegejaar Het vak Lightweight Structures (7P672) is verplaatst naar kwartiel 4. Het wordt ten strengste aanbevolen dit vak te volgen. Het vak Highrise Buildings – CO7 (7P890) stond ook verkeerd ingeroosterd. Ir. Blok neemt dit vak over van dr. ir. J.C.D. Hoenderkamp wegens zijn pensionering.

Het vak is hierdoor verplaatst naar blok 4.

Om onduidelijkheden te voorkomen heeft KOers een recente jaarplanning van de vakken gemaakt, te vinden op www.koerstue.nl

Column

Van lood tot goud Hans Lamers De gemiddelde ontwerper die nu van onze faculteit komt heeft weinig materiaalkennis in zijn / haar ‘rugzakje’. Voor architecten is dat ronduit verontrustend.

Zij gaan voornamelijk voor esthetische aspecten van materialen, een vleugje ‘eco’ en ‘save the world aspects’ alsof er een diepe ideologie ten grondslag ligt aan hun keuzes. In de botte praktijk speelt de prijs als tegenpool een nivellerende rol. Materiaalkeuze is een complexe afweging van veel zaken: duurzaamheid (durable, sustainable), sterkte, stijfheid, bewerkbaarheid, brandbaarheid, gewicht, vervuiling, degradatie onder invloed van milieu, onderhoud, veiligheid, kruip, krimp, porositeit etc. etc. Het zal duidelijk zijn dat geen enkel materiaal aan ‘alles’ voldoet en er een compromis uitrolt.

De opkomst in de 70-er jaren van industrieel en efficiënt vervaardigen van prefab beton heeft (korte tijd) geleid tot toepassing van calciumchloriden als versneller in beton, o.a. in de Kwaaitaal vloeren en Manta vloeren.

In een ‘work shift’ van 8 uur kun je storten en weer ontmallen. De chloride-ionen vormen tevens een versneller van wapeningscorrosie. De vochtcondities in de kruipruimten onder woningen zijn onderschat.

Huiseigenaren die vloerplaten hebben gekregen die op een vrijdag zijn gestort, hadden geluk. Daar werd de versneller weggelaten, omdat ook het weekend werd gebruikt voor verharding. Desalniettemin blijkt dat techneuten net als de architecten soms te eenzijdig focussen op een specifieke eigenschap.

Voor sommige waterkeringen is een loodslabbe een ideale technische oplossing. Vanuit milieuoogpunt zal de concentratie aan loodzouten in de nabije omgeving echter ontoelaatbaar groot zijn. Omdat in het begin van de maand december alleen Zwarte Piet bij uitzondering een boterhammetje eet op het dak naast een schoorsteen met loodslabben is de kans op een loodvergiftiging klein. Goudslabben zouden hier natuurlijk uitkomst kunnen bieden en beter voldoen vanuit de ‘view’ milieu en gezondheid. De schaarste aan goud en de daaraan gekoppelde prijs weerhouden ons ervan om goudslabben in het bouwbestek op te nemen.

De uitdrukking ‘eigen haard is goud waard’ is dan ook alleen maar spreekwoordelijk.

42

KOersief 89 | januari 2013 | Innovatieve Materialen

CO-lofon KOersief is een verenigingsblad dat drie keer per jaar uitgegeven wordt door KOers, sectievereniging Structural Design van studievereniging CHEOPS en de unit Structural Design & Construction Technology van de faculteit Bouwkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven KOers Vertigo 9 Postbus 513 5600 MB Eindhoven tel. 040-2474647 e-mail: koers@bwk.tue.nl Bestuur KOers 2012-2013 Voorzitter Rob Wolfs Secretaris Linda Verschuren Penningmeester Christiaan den Otter Com. Public Relations Thijs Meijers Com. Activiteiten / Onderwijs Iris Rombouts Redactie KOersief 89 Robert Lelivelt (hoofdredacteur) Rob Wolfs Linda Verschuren Christiaan den Otter Thijs Meijers Iris Rombouts Studentlidmaatschap KOers Lidmaatschap bij KOers is gratis voor Bachelorstudenten Bouwkunde, Master-studenten Structural Design en actieve leden van KOers.

Aanmelden kan via: www.KOersTUe.nl Beeld omslag Fotografie: Octatube Deze afbeelding mag niet gebruikt en/of gekopieerd worden zonder toestemming van de eigenaar van deze afbeelding.

Kopij Bij voorkeur Word-bestanden zonder opmaak via e-mail.

Illustraties apart aanleveren (minimaal 800x800 pixels).

Kopij KOersief 90 inleveren voor 1 februari 2013.

Oplage Circa 350 exemplaren, verspreid onder student- en fondsleden, sponsoren en relaties van KOers.

Drukker Drukkerij van Druenen, Geldrop

KALLE EN BAKKER

DICHTBIJ

BETON In de bouw is planning alles. Het is goed te weten dat het bestelde beton precies op tijd is. Kalle en Bakker heeft vlakbij een betoncentrale in Roermond en Nederweert.

Daarnaast beschikt Kalle en Bakker over een bovengemiddelde kennis van beton. Samen met een uiterst flexibele planning, garanderen we de kortste levertijden in de regio.

Daar kunt u op bouwen! Ook op het laatste moment!

Bel voor een snelle levering: Roermond | T: 0475 - 31 86 86 Nederweert | T: 0495 - 63 17 82 www.kallebakker.nl