Kleurrijk grijs8201346KleurrijkgrijsIn het boek `Misleid door toeval' [2], stelt Taleb datwe de rol van het toeval in ons leven steeds weeronderschatten. Pech is het verdiende loon, geluk eenverdienste. Ons brein geeft liever een verklaring, dante berusten in stom geluk. Het gaat te ver om hetontstaan van gewapend beton alleen toe te schrij-ven aan geluk. Ongewapend beton werd immers alin de Romeinse tijd met veel succes toegepast. Wezullen echter nooit weten wat er was gebeurd, als deFranse tuinman Joseph Monier op een goede dag in1867 geen schoon genoeg had gekregen van steedsweer lekkende tuinbakken. Hij zocht de oplossingvoor dit probleem in vernieuwing en maakte plan-tenbakken van gevlochten ijzerdraad en beton.1Met betoninnovatiesconstructief kansen pakkenIntreeredeSinds begin 2012 is prof.dr.ir. Theo Salet van Witteveen+Bosdeeltijdhoogleraar Betonconstructies aan de TU Eindhoven. Hijis daarmee de opvolger van prof.ir. Cees Kleinman in de sectieStructural Design ? Concrete Structures. Op vrijdag 19 aprilhield Salet zijn inaugurale rede, met als titel `Grijs betonbestaat niet' [1]. Hierin ontvouwde hij zijn plannen met deleerstoel. In dit artikel publiceert Salet een bewerking van derede.Kleurrijk grijs 82013 47Lessen uit het verledenDit nieuwe constructiemateriaal gewapend beton bleef ookvoor de bouwsector niet onopgemerkt. Het was goedkoop, devoorraad onuitputtelijk en eenvoudig te maken in elkegewenste vorm. Het bood bovenal de mogelijkheid te voldoenaan een lang gekoesterde wens tot het ontwerpen van onbrand-bare constructies met grotere overspanningen dan tot die tijdmogelijk waren (foto 1). De rest is geschiedenis.Deze geschiedenis leert dat techniek ons in staat stelt oplossin-gen te vinden voor dagelijkse problemen. Het leert daarnaastdat innovaties, ook op het gebied van beton en betonconstruc-ties, daarbij van groot maatschappelijk belang kunnen zijn.Innovaties ontstaan vaak binnen een branche, maar het verhaalvan Monier laat zien dat misschien wel de mooiste ontwikke-lingen voortkomen uit samenwerking met branchevreemdepartijen. Immers, als je doet wat je altijd deed, krijg je wat jealtijd al kreeg.Nieuwe uitdagingDe argumenten die er bijna anderhalve eeuw geleden waren omgewapend beton als constructiemateriaal toe te passen, zijn nogsteeds geldig. Echter, de huidige tijd kent weer haar eigennieuwe uitdagingen. Een van de grote uitdagingen waar we nuvoor staan, is duurzaamheid. Groen, in plaats van grijs beton.Hoog op de politieke agenda staat daarbij de vervuiling, in deprof.dr.ir. theo saletTU Eindhoven,fac. Bouwkunde /Witteveen+Bos2341 Lichttoren Philipsfoto: Theo Salet2 Jubilee kerk Romefoto: Riccardo Fumagalli3, 4 Parametrisch modeldome constructieTU/e [4]Kleurrijk grijs8201348hightech betonschetsrekenennumeriekbetonontwerp uitvoering5 Speerpunten onderzoek6 Experimenteel onderzoek naar de werking van een magnetisch veld op deori?ntatie van staalvezelbetonTijdgeestAls er wordt gesteld dat de betonconstructeur een belangrijkebijdrage kan leveren aan de maatschappelijke opgaven van dezetijd, dringt de vraag zich op hoe hierop wordt ingespeeld in hetonderwijs en onderzoek binnen de leerstoel Betonconstructiesvan de unit Constructief Ontwerpen aan de TU/e. Voordat opdeze vraag een antwoord wordt gegeven, is het goed eerstkennis te nemen van een paar relevante ontwikkelingen binnenhet vakgebied.KetenintegratieDe bouw kan alleen maar stappen maken indien er eenvergaande vorm van samenwerking ontstaat, gericht op volle-dige integratie van werkzaamheden, met als doel gezamenlijkeen beter eindresultaat te leveren. Integraal werken stelt hetvorm van de uitstoot van CO2. De carbon-footprint is echtermaar ??n aspect van de duurzaamheid van een materiaal. Devolledige milieuscore van een materiaal is afhankelijk van detoepassing waarin het wordt gebruikt en moet worden beoor-deeld ten opzichte van andere materialen die dezelfde functieleveren [3]. Hier ligt een nieuwe taak voor de constructeur. Inde hedendaagse praktijk beperkt de constructeur zich nog tevaak uitsluitend tot de keuze voor betongranulaat en de toepas-sing van betonkernactivering. Goede keuzen, maar de plaatblijft iets te lang hangen in dezelfde groef.De betonconstructeur kan zo veel meer betekenen door al inde vroege ontwerpfase doelbewust rekening te houden metde milieulast van de constructie. Denk hierbij aan eenbewuste keuze van het draagsysteem, aandacht voor flexibili-teit, materiaalverbruik, optimalisatie van de doorsnede, eenafweging tussen gangbare en alternatieve betonsoorten,lichter bouwen, mogelijkheden tot hergebruik en allerleivormen van transformaties. Als we de definitie van duur-zaam iets oprekken, moeten we ook denken aan mooi(foto 2, fig. 3 en 4). Mooi in de zin van beleving, een bijdrageleverend aan de kwaliteit van het leven en aan de ontwikke-ling van een gebied. De geschiedenis heeft ons inmiddelsgeleerd dat de ontwerpen in beton zich niet in de eersteplaats onderscheiden door het materiaal, maar door de vormdie eraan wordt en ook kan worden gegeven. We lijken dit delaatste decennia soms te zijn vergeten. Dit verklaart voor eendeel het imago van saai en grijs voor beton.56Kleurrijk grijs 82013 497a7b7 Numeriek beton, mesoniveau (a) en macroniveau (b)den. De aankomend betonconstructeur krijgt inzicht in de Euro-code op het gebied van gewapend en voorgespannen beton enleert te denken in termen van in het werk vervaardigde construc-ties en prefab beton. Het zal met voorgaande inleiding niet verba-zen dat de nadruk in de masterfase juist komt te liggen op hetontwikkelen van kennis over nieuwe betonsoorten, het verant-woord leren omgaan met numerieke modellen (EEM) en het(opnieuw) aanleren van ontwerpvaardigheden op constructiefvlak, even los van normering. De ontwerpvaardigheden hebbenals doel de betonconstructeur voor te bereiden op een integralerol in het ontwerpproces en niet in de laatste plaats juist in devroege ontwerpfase. Het onderwijs richt zich in didactische zinmeer en meer op het stimuleren van het zelfsturend vermogenvan de student ofwel student activerend onderwijs.gezamenlijke resultaat boven de individuele bijdrage. Dat isvanuit een individueel commercieel belang lang niet altijdvanzelfsprekend en vraagt om aandacht. Het is ook verre vaneenvoudig, zeker in een complexe wereld als de bouw met velezaken die samen tot een goed eindresultaat moeten leiden. Hetgaat te ver om dit hier verder uit te werken, maar zonder twijfelzal de ontwikkeling van bouwinformatiemodellen (BIM)hierbij een belangrijke rol gaan spelen. Wat betekent dezeontwikkeling voor de betonconstructeur?ICTIn 1907 merkte ir. S.J. Rutgers bij zijn ambtsaanvaarding alsdocent aan de (toenmalige) Technische Hogeschool in Delft opdat de ontwerpen in gewapend beton gebaseerd waren op hetconstructieve gevoel. Dit laatste geschiedde volgens hemzonder dat er sprake was van een behoorlijke theoretischeachtergrond, wat vooral bij beton tot bedenkelijke constructieskan leiden. Het omgekeerde was echter nog bedenkelijker: welin staat zijn ingewikkelde berekeningen uit te voeren, maar nietover het gevoel te bezitten voor het betrekkelijke van de bereke-ningsresultaten. Velen zullen zich ook vandaag de dag hierinnog kunnen herkennen. Echter, de eindige-elementenmethode(EEM) heeft ons veel gebracht en niet in de laatste plaats de zobelangrijke theorie achter het experiment. Op welke wijze kande betonconstructeur hier verantwoord mee omgaan?MateriaaltechnologieVorig jaar bestonden de betonvoorschriften in Nederlandhonderd jaar. De vele publicaties die in dit kader zijn verschenen,maken duidelijk dat betontechnologische ontwikkelingen voorlo-pen op constructieve toepassingen en hiertoe dus als katalysatordienen. De geschiedenis lijkt zich te herhalen. De huidige tijdkenmerkt zich opnieuw door grote vernieuwingen op materiaal-kundig vlak. Dit geldt ook voor beton. De ontwikkelingen spelenzich tegelijk af op meerdere schaalniveaus. Op microniveau wordtgewerkt aan nieuwe cementen in de breedste zin van het woorden aan optimalisatie van de korrelpakking. Op mesoniveau richthet onderzoek zich op alternatieve toeslagmaterialen en allerleivormen van vezels. Het doel van al deze onderzoeken is veelalduurzaamheid, een betere verwerkbaarheid en hogere technischeprestaties. Wat betekent deze ontwikkeling voor de dagelijksepraktijk van de betonconstructeur en welke bijdrage kan debetonconstructeur leveren aan deze innovaties?OnderwijsHet onderwijs dat binnen de leerstoel Betonconstructies aan deTU/e wordt gegeven, maakt een onderscheid tussen de doelenvoor de studenten in de bachelor- en de masterfase van de oplei-ding. In de bachelorfase ligt de nadruk op kennis, op het niveauvan de vigerende normering en de daarbij behorende achtergron-Kleurrijk grijs82013508a8bproefstukdrukvijzeltrekbank8 Numerieke en experimentele pull-outproef staalvezel onder meerassigebelasting9 Thermisch isolerend betonde mogelijkheden van het Pieter van Musschenbroek laborato-rium aan de TU/e. Binnen de leerstoel Betonconstructies ligtde nadruk op het juiste gebruik van bestaande state-of-the-art-EEM-modellen en het uitvoeren van onderzoek hiermee. Waarnodig worden nieuwe materiaalmodellen geschreven en ge?m-plementeerd.In nauwe samenwerking met de leerstoel Mechanica wordt ditonderzoek verder uitgebreid, waarbij de wetenschappelijkebelangstelling uitgaat naar de mogelijkheden van multiscalingen magnetisme (foto 6) [7].In figuur 7 een voorbeeld van een benchmark waarbij discretescheurvorming kan optreden in de interface tussen twee mate-rialen en in het materiaal zelf, onder een mixed-modebelastingOnderzoekHet onderzoek aan de TU/e sluit nauw aan bij de onderwijs-doelen in de masterfase van de opleiding. Concreet zijn despeerpunten ge?llustreerd in figuur 5. De figuur toont op dehorizontale as het proces van ontwerp tot en met de uitvoering.Juist voor de vroege ontwerpfase binnen dit proces wordenconstructieve modellen ontwikkeld en gevalideerd, die zich hetbeste laten omschrijven met de term `schetsrekenen'. Voor delatere ontwerpfasen, overigens ook binnen productontwikke-ling, richt het onderzoek zich juist op geavanceerde niet-lineairelastische eindige-elementenmodellen. Hieraan is de term`numeriek beton' gekoppeld. Zowel het schetsrekenen als hetnumeriek beton wordt steeds gekoppeld aan onderzoek naar depraktische toepassingsmogelijkheden van nieuwe en hoog-waardige betonsoorten. Het beste laat het onderzoek zichbeschrijven aan de hand van enkele voorbeelden van lopendeof recent afgeronde afstudeeropdrachten.SchetsrekenenDe ontwikkeling op het vlak van ketenintegratie vraagt van debetonconstructeur, meer dan voorheen, mee te denken in eenintegraal ontwerpteam over de draagconstructie in een vroegefase van het ontwerp. De belangen zijn groot en de gevolgenvan vergissingen vaak ingrijpend. Het ontbreekt de construc-teur juist in deze fase aan hulpmiddelen om te kunnen ontwer-pen in de beperkte tijd die er beschikbaar is. Die middelen zijner wel, maar het kost eenvoudigweg te veel tijd alle informatiete verzamelen, pen en papier te pakken en er eens rustig aan terekenen. Schetsontwerpen vraagt ook om schetsrekenen.Zo zijn er schetsrekenmodellen ontwikkeld, of nu in ontwikke-ling, op basis van de differentiemethode [5], vloeilijnentheorie,vakwerkanalogie en plaat-staafmodellen. Oude modellen voorbalken, platen en kolommen, in nieuwe vaten. Het nieuweelement schuilt deels in een parametrisch associatieve interface.Deze maakt het mogelijk delen uit een BIM te halen (en terugte zetten) en de invoer op eenvoudige wijze grafisch te verande-ren. De beloning schuilt in de snelheid en de mogelijkheid omverschillende ontwerpoplossingen of materialen onderling tevergelijken en zo de bewustwording te vergroten. Die vergelij-king houdt niet op bij spanningen en vervormingen, maar kanook de milieubelasting of de kosten bevatten.Numeriek betonNumeriek beton is oorspronkelijk beschreven en uitgewerktdoor Roelfstra [6]. Anders dan bij het schetsrekenen ligt denadruk hier juist op het uiterst nauwkeurig modelleren van dewerkelijkheid met een EEM-model, op zowel macro- als meso-niveau. De gedachte hierbij is dat een goed model de mogelijk-heid biedt om een theorie te ontwikkelen, achter het experi-ment. Voor experimenten wordt dankbaar gebruikgemaakt vanKleurrijk grijs 82013 519Hightech betonHet drieluik uit figuur 5 met schetsontwerpen en numeriekbeton wordt afgesloten met onderzoek naar de constructievetoepassingsmogelijkheden van nieuwe, slimme en hoogwaar-dige betonsoorten. Beton heeft als materiaal zo veel te biedenen de nieuwe technologische mogelijkheden dagen in de geestvan Monier uit te worden onderzocht. Het zal na het voor-gaande niet verwonderen dat het leidend motief bij deze onder-zoeken duurzaamheid is, in de meest brede zin van het woord.Het onderzoek binnen de leerstoel richt zich daarbij in deeerste plaats op de constructieve mogelijkheden van ultra-licht-beton, al dan niet in combinatie met vezels om de taaiheid tevergroten en diverse (alternatieve) vormen van wapening.Ultra-lichtbeton koppelt een lage warmtegeleiding aan eenredelijke sterkte. Dragende monolietgevels komen hiermeebinnen bereik en als kracht en vorm aan elkaar worden gekop-peld, nemen de mogelijkheden misschien nog verder toe. Voor-waar een duurzame oplossing omdat het materiaal tegelijk tweefuncties vervult met interessante architectonische en uitvoe-ringstechnische uitdagingen (foto 9). In dit onderzoek wordtdankbaar gebruikgemaakt van onderzoeksresultaten bij de leer-stoel Bouwmaterialen [10, 11].SlotToeval bestaat, stelde ik, maar geheel toevallig zijn gebeurtenis-sen nooit. Beton is grijs, maar het spreekwoordelijke grijzebeton bestaat niet. Beton krijgt nog meer kleur door de vormen aandacht die eraan wordt gegeven. Aandacht die zeker ookde constructeur eraan kan en moet geven vanaf het schetsont-werp tot en met de uitvoering. Hierbij geldt dat als je doet watje altijd deed, je krijgt wat je altijd al kreeg. En zeg nu zelf, wiewil er nu alleen grijs beton als we weten dat het materiaal nogzo veel meer mooie kleuren kent? en het gebruik van het model voor berekeningen aan gewa-pende betonbalken. In figuur 8 een voorbeeld van een pull-outproef op een enkele staalvezel. In het model wordt zowel hetelasto-plastische gedrag van de vezel als beschadiging van debetonmatrix meegenomen. Het model is opgesteld om deinvloed van een meerassige belasting op vezelbeton te kunnenonderzoeken. Parallel aan dit onderzoek wordt experimenteelonderzoek verricht [8, 9]. literatuur1 Salet,T.A.M., Grijs beton bestaat niet, inaugurale rede,TU/e, 19 april2013.2 Taleb, N.N., Misleid door toeval, Het onvoorziene in de economie enhet leven, Nieuwezijds B.V., 2009.3 Haas, M., Hoe duurzaam is beton? Cement 2009/3.4 Koeken, J., Betonnen schaalconstructies, afstudeerrapportTU/e, april2013.5 Paus,T., Steel fibre reinforced concrete flat slabs ? Design analysesbased on the finite difference method, afstudeerrapport, januari 2014.6 Roelfstra, P.E., A numerical approach to investigate the properties ofconcrete ? numerical concrete, 1989.7 Wijffels, M., Optimalisatie van de vezelori?ntatie met behulp vanmagnetisme, afstudeerrapport TU/e, december 2013.8 Schoenmakers, S., Het modelleren van discrete scheurvorming inbeton, afstudeerrapport TU/e, september 2013.9 Aa, P., van der, Biaxial Stresses in Steel Fibre Reinforced Concrete,Modelling the pull-out behaviour of steel fibre using FEM, afstu-deerrapport TU/e, januari 2014 (verwacht).10 K?hne, H., Thermisch isolerend beton. Cement 2012/8.11 Yu, Q.L., Spiesz, P., Brouwers, H.J.H., Development of cement-based lightweight composites. Cement & Concrete Compositesno. 44, 2013.