Tussen de begrippen `vorm' en `bekisting' zit eengroot spanningsveld. Aan de ene zijde bevindt zichde ontwerper, de vormgever, die het liefst een onbe-perkte vrijheid zou willen genieten. Aan de anderezijde bevindt zich de producent, de vormmaker, diemet een eenmaal gekozen vorm zoveel mogelijk ele-menten zou willen maken. Een hoge repetitiefactorheeft namelijk een gunstige invloed op de prijsont-wikkeling.S e r i e p r o d u c t i eIn de loop der tijdenis die productie vanelementen van zowelgewapend als voorge-spannen beton vooreengrootdeelinfabrie-ken ondergebracht.Rationalisatie van hetbouwproces en verho-ging van de kwaliteitzijn enkele belang-rijke redenen hier-voor.Voorgespannen betonDoor de aard van hetproductieproces?veel-al het langebanksys-teem ? kennen voor-al de voorgespannenbetonelementen eendoorgaans weinig ge-varieerde vormgeving.De ontwerper is ge-dwongen een keuze temaken uit de catalogi van de diverse fabrikanten, diesteevast een hoge mate van standaardisatie latenzien.De vorm wordt bepaald door stalen modellen diebedoeld zijn om enkele duizenden malen te wordeningezet. De enige evolutie in de afgelopen dertigjaren is de schaalvergroting in de modellen, waar-door tegenwoordig in een standaardmodel tot 40 mlange elementen kunnen worden geproduceerd.De variatie beperkt zich verder tot het verplaatsenvan zijschotten en malbodems (foto 1).A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pU t i l i tei t sb o u wcement 2000 110Creatief ontwerpproces staat voortdurend op gespannen voet met de wet van de grote getallenBEKISTEN:AMBACHT OF HIGH-TECH?Beton heeft ten opzichte van andere bouwmaterialen hetvoordeel dat het in principe in iedere vorm te `gieten' is.Een belangrijke beperking daarbij is het starre element bijde productie: de bekisting. In het verleden zijn verschil-lende, meer en minder succesvolle pogingen onderno-men om die bekisting flexibeler te maken. Een schets vande ontwikkeling tot dusver aan de hand van enkele voor-beelden.1 | Bekisting voor het langebanksysteem, met verplaatsbare mal-bodem en zijschotten2 | Gekromde dakligger3 | Wapening in de mal van de dakligger van foto 24 | Bekisting voor horizontaal gebogen, voorgespannen liggersBinnen deze randvoorwaarden is hier en daar tochgeprobeerd enige vormvariatie aan te brengen. Defoto's 2 en 3 laten een Italiaanse toepassing zien vaneen dakligger met een relatief speelse vormgeving.Voor elke afwijkende lengtemaat is echter een apartmodel noodzakelijk. Om economische redenen ishet aantal standaardlengten daarom gering.Een doorbraak in Nederland was de introductieenkele jaren geleden van horizontaal gebogenliggers bij het project Ringlijn Amsterdam (foto 4).Dit product wordt inmiddels door verschillendefabrikanten geleverd.Gewapend betonIn gewapend beton is meer variatie mogelijk. Foto 5laat een voorbeeld zien van een spiltrap die in veelafmetingen verkijgbaar is. Om onder meer de nood-zakelijke variatie in op- en aantrede voor de spiltraptebewerkstelligen,zijnruimtwintigstalenstandaard-modellen voorradig. De zijkanten hiervan zijn ver-stelbaar. De bovenzijde is stortzijde; voor de vorm-vrijheid een voordeel, voor de kwaliteit in afwerkingeen groot nadeel.Foto 6 betreft een gebogen dakplaat, waarvan deonderzijde glad is en de bovenzijde een wafelstruc-tuur heeft. Het element is zeer slank geconstrueerd;de minimumdikte ter plaatse van de wafels bedraagt10 mm! Polypropyleenvezels zorgen voor de nodigesterkte.B e k i s t i n g s m a t e r i a l e nDe keuze voor het materiaal waaruit een bekisting isvervaardigd, hangt sterk af van de beoogde duur-zaamheid van het model in relatie tot de kostprijservan. Stalen modellen kunnen tot enkele duizen-den malen worden gebruikt, voor hout ligt demaximum inzet een stuk lager. Een houten mal isdaarentegen een stuk goedkoper dan een stalen mal.Voor beide materialen geldt echter dat ze niet zondermeer herbruikbaar zijn en dus het nodige afval op-leveren. Het maken van modellen in zowel hout alsstaal is daarbij zeer arbeidsintensief. Het model-makersvak is dikwijls vergeleken met dat van eenmeubelmaker (foto's 7 en 8). Pogingen om het pro-ductieproces te vereenvoudigen richtten zich ondermeer op het bekistingsmateriaal.Voor het maken van een kunstwerk is ge?xperi-menteerd met polyester. Kunstenaars produceerdenallereerst een model in gips. Daaromheen werd eenpolyester mal gespoten (foto 9). Groot nadeel vanpolyester was de hoge mate van krimp (tot 15%),waardoordemaatvast-heid problemen ople-verde. Door latere mo-dificatieskondekrimpnogweltotenkelepro-centen worden terug-gebracht.Ook met beton alsmateriaal zijn model-len gemaakt (foto 10).In dit geval was zeergrote aandacht voorhet ontkisten vereist.PolyurethaanMeer succes haddenexperimenten met po-lyurethaan, een soortkunsthars.Foto11laateengevelfragmentzienvan een kantoorge-bouwinCanaryWharf,Londen. De gevels vandit gebouw wordengekarakteriseerd doorA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pU t i l i tei t sb o u wcement 2000 1 115 | Spiltrapelement wordt ontkist7 | Mal voor een kantoorgebouw in het project `Broadgate' te Londen6 | Gebogen dakplaten met wafelstructuur9 | Polyestermal als resultaat van origineel in gips8 | Detail van een betonelement vervaardigd in de mal van foto 7diverse versieringen.In de fabriek zijnvoordeze versieringenmetpolyurethaandeel-modellen ontworpen(foto12).Ditmateriaaliszeerelastischenkandoor de vloeibare ver-werking alle vormenaannemen.Allereerst wordt vande beoogde vorm eenpositief origineel ge-maakt. Met het aan-vankelijkvloeibarepo-lyurethaan wordt ver-volgens om dit origi-neel heen een modelgevormd.Alshetmate-riaal gestold is, wordthetaldusontstanemo-del van het origineelafgehaald en in eenhard `steunmateriaal'opgesloten.Ook voor restauratie-projecten is dit mate-riaal goed bruikbaar.Met het model van fo-to13zijnintweestortsenkele kruisbloemenvoor een gotische kerkvervaardigd.Het materiaal wordtdoor verschillende fa-brikanten geleverd enkan zowel in de fa-briek als op de bouw-plaats worden verwerkt. Er bestaan variaties in hard-heid, `shore' genoemd. Hoe fijner de beoogde detail-lering, des te lager de hardheid die moet wordengekozen.Eenmodelvanpolyurethaankanmaximaalhonderd maal worden gebruikt.A u t o m a t i s e r i n gAangezien de factor arbeid een steeds groter deel vande bekistingskosten voor zijn rekening ging nemen,ondernam het Finse concern Partek (inmiddelsAddtek geheten) in het begin van de jaren negentigpogingen om (een deel van) de modelproductie teautomatiseren. Het idee was aanvankelijk om opbasis van de 3D-tekeningen van de architect vol-automatisch mallen te produceren. De gegevens vande tekening zouden met een computerprogrammamoeten worden omgezet in bewegingen van eenfreesrobot.Het studieproject ging voorts uit van het gegeven datvoor ieder te produceren vorm een nieuwe mal zoumoeten kunnen worden ontworpen. Het bekistings-materiaal moest daartoe volledig kunnen wordenhergebruikt. De keuze viel op het materiaal `was'.Hete, vloeibare was werd in grote bakken gestort.Zodra het stollingsproces was voltooid, kon de robothet gewenste model frezen (foto 14). De fijnheid vande naald bepaalde daarbij de fijnheid van de struc-tuur. Na de productie van het element werd de wasweer gesmolten en opnieuw gebruikt.De foto's 15 en 16 laten enkele structuren zien dievolgens deze methode zijn vervaardigdDeveelbelovendeexperimentenmisluktenvanwege:- de hoge kostprijs (de mal moest na drie tot vierkeer worden hersmolten);- de traagheid van het systeem (als er veel moestworden weggefreesd, duurde het zeer langvooraleer de bekisting gereed was);- de hoge kosten van de benodigde apparatuur;- het gecontroleerde, langdurige afkoelproces vande was (scheurvorming was niet gewenst);- de grote benodigde malopslag;- de intensieve bestudering vooraf van hetbewegingstraject van de robot (om te voorkomendat beschadigingen aan reeds gefreesdegedeelten van de mal zouden kunnen optredenbij ongecontroleerde bewegingen).Geprobeerd is nog het project te redden door MDFin plaats van was te gebruiken (foto 17). Van het oor-spronkelijke uitgangspunt van volledig hergebruikwerd hiermee echter afgestapt.D e n a a l d e n m a lHet ontwikkelen van een volledig geautomatiseerdbekistingssysteem voor betonelementen blijft voor-alsnog onderwerp van onderzoek, waarbij behoefteis aan nieuwe, verfrissende idee?n. In het kader vaneen onderzoek aan de faculteit Bouwkunde van deA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pU t i l i tei t sb o u wcement 2000 11210 | Betonnen mal12 | Bekistingsdetail in polyurethaan voor het gebouw van foto 1111 | Gevelaanzicht gebouw FC2, Canary Wharf13 | Polyurethaan hoofd-vorm in betonnen steunmalTechnische Universiteit Delft introduceerde prof.ir.D.R.W.Martens in 1995 het idee van de naaldenmal.Deze mal bestaat uit een groot aantal naalden diein verticale richting kunnen bewegen. Voor debeweging zorgt een hydraulisch systeem, een pneu-matischsysteem,eenmechanischsysteem,eenelek-tronisch systeem of een elektro-mechanisch sys-teem, dat rechtstreeks wordt gestuurd vanuit eenCAD-systeem waarin de co?rdinaten van de ver-schillende punten van het bekistingsoppervlakzijn opgeslagen. Zo kan ieder willekeurig oppervlakworden opgebouwd.Aan de bovenzijde van de mal is een (kunststof)membraan aangebracht. Nadat de naalden in dejuiste positie zijn gebracht, wordt het membraanonder vacu?m tegen het naaldenoppervlak gespan-nen. Door een geschikte keuze van de stijfheid vanhet membraan en de grootte van de onderdruk, kaneen glad bekistingsoppervlak worden gerealiseerd,waarbij de verticale wanden lichtjes schuin verlopenen waarbij de hoeken zijn afgerond. Het aldus gere-aliseerde oppervlak kan fungeren als rechtstreeksebekisting voor het betonelement (fig. 18).De naaldenmal zou eveneens kunnen worden ge-bruikt voor het vormgeven van de wapening.Ten opzichte van de wasmal biedt de naaldenmalverschillende voordelen:- volledige automatische sturing vanuit het CAD-systeem;- snelle uitvoering (instelling van de bekistingbinnen enkele minuten);- geen aanvoer, opslag of afvoer van bekistings-materiaal noodzakelijk;- ook contramallen kunnen worden gemaakt;- aanwending voor het vormgeven van dewapening;- toepassingsmogelijkheden van eenvoudigevlakke gevelelementen met raamopeningentot ingewikkelde 3D-elementen;- de naaldenmal kan worden opgebouwd uit aanelkaar gekoppelde modules, waardoor een uit-breiding van de mal eenvoudig te realiseren is.Beperkingen zijn er ook:- het aantal naalden bepaalt de fijnheid van destructuur;- de bewegings-mogelijkheid isvooralsnog een-dimensionaal;- de naaldenmalwordt duurdernaarmate hetaantal naaldentoeneemt.Voor het uittesten vande haalbaarheid vanidee?n als de naalden-mal zullen nog veleproefprojecten moe-ten worden uitge-voerd.S t a n d v a n z a k e nDekostprijsvanbekis-tingen die bij hetvormgeven van betonnodig zijn, bedrageneen flink deel van detotale ruwbouwkosten.De vormvrijheid van-uit het ontwerp staatdaarom voortdurendonder druk. De positievan het materiaal be-ton in de modernearchitectuur komt inhet geding als aan deverdere ontwikkelingvan de bekistingspro-ductie onvoldoendeaandacht wordt ge-schonken. Automati-sering van het (gehe-le) productieproces isdaarbij een noodzaak.sHenk WapperomA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pU t i l i tei t sb o u wcement 2000 1 1314 | Experimenten in was: freesrobot aan het werk op cannelure17 | `Scheluw' golfpatroon in MDF16 | Experimenten in was: driedimensionale lauwerkrans15 | Experimenten in was: metselwerkstructuurDit artikel is mede tot stand gekomen door de welwillendemedewerking van: ir. A. Van Acker, Addtek en prof.ir.D.R.W. Martens, Technische Universiteit Eindhoven18 | Het principe van de naaldenmal