thema Eigen vormtaal dankzij UHSB 40 6 2 012 thema Eigen vormtaal dankzij UHSB Gemeente Utrecht heeft plannen voor een lang - zaamverkeerverbinding tussen de oude stad en de nieuwbouw in Leidsche Rijn. Naar aanleiding hiervan heeft industrieel ontwerper Rogier de la Rive Box een initiatief genomen voor het ontwerp van de fietsbrug 'Het Oog'. De mogelijkheden zijn onderzocht om deze verbinding uit te voeren in ultra-hogesterktebeton, waarbij de vormgeving is afgestemd op de eigenschappen van het materiaal. Mogelijkheden UHSB uitgewerkt in ontwerp van fietsbrug 'Het Oog' 40_43 7_Het_Oog_Ontwerp.indd 40 13-09-2012 09:09:43 Eigen vormtaal dankzij UHSB 41 6 2 012 1 Fietsbrug 'Het Oog' is een boog- brug in UHSB met een over - spanning van ruim 110 m Bij het ontwerp van de fietsbrug Het Oog is gekeken naar de unieke mogelijkheden van het materiaal ultra-hogesterktebeton (UHSB), zowel constructief als productietechnisch. Het laat zien dat het construeren in UHSB een heel eigen vormtaal op kan leveren; in de gekozen vorm worden de kenmerken van het materiaal in de architectuur zichtbaar gemaakt. De aanleiding van het ontwerp ligt een flink aantal jaren terug. Toen er in 2005 een plan bekend werd om een fietsbrug over het Amsterdam-Rijnkanaal te bouwen bij Nigtevecht, deed de vraag zich voor hoe deze het best in het oeverlandschap van Vecht en Gein kon worden ingepast. Een eerder voorstel leidde tot een dramatisch grootschalige uitvoering. In samenwerking met diverse belangenorganisaties is vervolgens gezocht naar de lichtste en voordeligste oplossing. Kunststof composiet wordt UHSB Na een vergelijking van verschillende materialen kwam het optimum uit op een boogbrug met een brugdek van kunststof composiet. Gesteund door deskundigen van de faculteit voor Lucht- en Ruimtevaart van de TU Delft bleek dat de techno - logie van dit materiaal voldoende was ontwikkeld. Het bleek echter ook dat de beperking van een nieuw materiaal voor civiele toepassingen niet zozeer ligt in de engineering. De grootste hindernis bleek om in een PvE de ruimte te scheppen voor de toepassing van nieuwe materialen. Hoewel de bespa- ringen op het gebied van kosten en milieulast evident bleken, werden er oneigenlijke drempels opgeworpen. De 'strijd' om in het PvE voor een Design&Construct-aanbesteding een 'hori- zontaal speelveld' te krijgen waarin ook nieuwe materialen een echte kans krijgen, loopt nu zo'n vijf jaar. Parallel aan deze ontwikkeling zocht het Cement&Beton- Centrum naar middelen om de mogelijkheden van UHSB voor civieltechnische toepassingen te ontwikkelen. Het zag in de ontwikkeling van de brug bij Nigtevecht mogelijkheden om een materiaal als UHSB zich economisch te laten bewijzen. Tijdens het materiaalonderzoek bleek dat nieuwe materialen vaak worden toegepast als vervanging van traditionele materia- len zonder de vormgeving af te stemmen op de nieuwe eigen- schappen. Daarmee wordt het voordeel van nieuwe materialen niet goed benut en blijven nieuwe materialen niet meer dan een 1 Rogier de la Rive Box De la Rive Box Design Management UHSB-casestudie 'Fietsbrug Het Oog, Utrecht' is een vervolg op de UHSB-casestudie 'Helix fietsbrug Nigtevecht', net als 'Het Oog' een fietsbrug over het Amsterdam- Rijnkanaal. Het ontwerp Het Oog is getoetst door Romein Beton, Strukton Civiel en Royal HaskoningDHV, waarna het ontwerp is geoptimaliseerd. De geplande locatie voor fietsbrug Het Oog is vlakbij het hoofdkantoor van Strukton, aan de Westkanaaldijk in Maarssen. Team voor UHSB-casestudie 'Helix fietsbrug Nigtevecht': ? Rogier de la Rive Box, industrieel ontwerper ? Valentijn Blonk en Paul de Vries, Romein Beton ? Rob Vergoossen, Royal HaskoningDHV Voor 'Fietsbrug Het Oog, Utrecht' is het team uitgebreid met praktische en constructieve uitvoeringsdeskundigheid van Strukton Civiel, in de personen van André Speksnijder en Leo Gielbert. Deze zelfde brug is als uitgangspunt gekozen voor een afstudeerwerk aan de Hogeschool Rotterdam. Deze studie wordt besproken in het artikel 'Fietsboog- brug in UHSB', elders in dit nummer. 40_43 7_Het_Oog_Ontwerp.indd 41 13-09-2012 09:09:45 thema Eigen vormtaal dankzij UHSB 42 6 2 012 Boogbrug Utrecht Op basis van deze ervaring heeft hetzelfde team ook een ontwerp uitgewerkt voor de geplande brug bij Utrecht, even- eens over het Amsterdam-Rijnkanaal. Het gaat hierbij om een boogbrug met een overspanning van ruim 110 m. De vraag om een boog in beton uit te voeren is niet nieuw. In het verleden zijn vele betonnen bogen toegepast. De uitdaging was echter om die boog zo dun en licht mogelijk te maken. Ook hier is uitgegaan van de zero base-benadering. Omdat er bij UHSB minder dekking rond de stalen wapening nodig is, biedt het de mogelijkheid om uiterst dun te dimensioneren. Het is zelfs mogelijk om constructie-elementen uit te voeren als een dunne band van zo'n 10 x 50 cm. Het wordt dan een element dat qua eigenschappen meer op staal lijkt dan op beton. Bij conventioneel beton wordt de stijfheid verkregen door de dikte van een element. En dat ontstaat vanzelf door de vereiste dekking van het relatief poreuze beton om de wapening. UHSB is zo dicht dat dekking nauwelijks noodzakelijk is. Om met een zeer dun element toch voldoende stijfheid te bereiken, ligt een vakwerkconstructie in de vorm van een boog voor de hand. Voor een boog verdient een vakwerk op basis van een zuivere boogvorm de voorkeur boven een vakwerk van rechte elemen - ten. Om die reden is gekozen voor de toepassing van alleen boogvormige banden (fig. 1). Elke band vormt een sectie van een zuivere cirkel: het vakwerk ontstaat door onderlinge verschui - duur alternatief. Om dit dilemma te doorbreken, werd uitge- gaan van het 'zero base'-principe: er wordt in alle vormgevings- aspecten met een schone lei gestart. Gegeven de unieke eigen- schappen van UHSB bleek het zinvol om eens volledig fris naar de constructie van een boogbrug te kijken. De brug is daarbij beschouwd als een industrieproduct. Derge- lijke producten verdienen hun waarde binnen een omgeving van concurrentie: een natuurlijke selectie van de beste oplos- singen. Daarmee moet het ontwerp voldoen aan alle eisen die aan een industrieproduct worden gesteld: visuele aantrekkelijk- heid, lage kostprijs, geringe exploitatielasten, efficiënte produc- tie en natuurlijk actuele eisen zoals minimale milieulast. Opritten Nigtevecht Als eerste deel van de studie zijn de opritten voor de brug bij Nigtevecht ontwikkeld in UHSB (foto 2). Vanwege beperkte ruimte en om de omgeving te ontzien, is de hellingbaan 'opgerold' tot een helix. Deze oplossing toonde aan dat UHSB kostenbesparend kan werken wanneer het volume van de constructie kan worden beperkt. Bij een helix met een vaste hellingshoek en een vaste vrije hoogte boven het wegdek wordt de omtrek van de constructie bepaald door de dikte van het wegdek. Door die dikte terug te brengen, kan de diameter sterk worden gereduceerd. Bij toepassing van traditionele materialen zou de helix met een hellingbaan van zo'n 200 m leiden tot een diameter van ruim 30 m. Door de toepassing van UHSB kan de dikte van het wegdek worden teruggebracht tot 4 cm, waardoor de diameter van de helix zich kan beperken tot 22 m! De toepassing van UHSB leidt dus direct tot een enorme besparing in volume en dus materiaalkosten. Daarbij leidt de besparing ook tot een transparantere vorm en een kleinere landschappe- lijke 'footprint'. 2 3 40_43 7_Het_Oog_Ontwerp.indd 42 13-09-2012 09:09:57 Eigen vormtaal dankzij UHSB 43 6 2 012 2 Studie naar helixvormige opritten voor de brug bij Nigtevecht 3, 4 Door de transparante vorm, die vanuit het materiaal UHSB is ontworpen, heeft de fiets- brug in Utrecht een kleinere landschappelijke 'footprint' De unieke materiaaleigenschappen leiden dus ook tot een nauwelijks in andere materialen te realiseren vormtaal. Bij een industrieel ontwerp vormen de productieaspecten altijd een vormbepalend element. Aangezien de prijs van beton - elementen voor een groot deel wordt gevormd door de mal kosten, is gestreefd naar seriematige vervaardiging. In dit ontwerp is elke boog samengesteld uit acht identieke elemen- ten. De constructie bestaat dus uit zestien gelijke delen die in een relatief eenvoudige mal kunnen worden gegoten. Het constructieprincipe is daarmee volledig afgestemd op de productie-eisen van UHSB. Variant opgang De voordelen van het materiaal komen ook tot uiting in de opgang aan de stadzijde. Hier is gekozen voor een variant op de helix: een paperclipvorm (fig. 3 en 4). Die vorm is meer geëigend voor de verwachte grotere aantallen gebruikers. Ook hier biedt het uiterst dunne wegdek een groot voordeel. Door de slankheid en het geringe grondoppervlak vormt de oprit een minimale aantasting van de woonomgeving. Conclusie De belangrijkste conclusie uit deze studie is dat de unieke eigenschappen van UHSB vereisen dat er 'vanuit het materiaal' wordt ontworpen. Een tweede conclusie is dat het echte rende- ment ontstaat wanneer er structureel kan worden bezuinigd op volume. Dat bespaart niet alleen op kosten, maar daardoor komt ook het milieuvoordeel tot zijn recht. Een derde conclusie is dat een aanbesteding zich niet mag beperken tot de stich- tingskosten, maar zich ook moet richten op exploitatielasten. Hogere initiële kosten worden ruimschoots gecompenseerd door verminderde onderhoudskosten. Maar ook bij dit project is er sprake van een drempel die wordt opgeworpen voor innovatieve oplossingen met een zin in het concept-PvE: 'Ontwerpkeuzes met te grote financiële of plan- ningsrisico's dienen zoveel mogelijk te worden vermeden'. Het is niet te hopen dat daarmee innovatieve oplossingen als deze bij voorbaat terzijde worden gelegd. ? ving van het hart van deze cirkels. De gedachte is dat elke band door zijn boogvorm optimaal de drukkrachten kan opnemen en dat de onderlinge verbindingen tussen de boogelementen voldoende stijfheid opleveren. In afwijking van een traditioneel stalen vakwerk ontstaat er dus een vakwerk waarvan elk onder - deel primair op druk wordt belast. Dat sluit aan op de kwaliteiten van het materiaal. UHSB onderscheidt zich van beton en staal door de enorme drukkrachten die het op kan nemen. In deze configuratie is er constructief nauwelijks verschil tussen de hoofdliggers en de kruisribben. Daardoor kunnen alle boog - elementen gelijk worden gedimensioneerd. Er worden wel dwarsverbanden opgenomen tussen de boog - elementen bij de aanhechting van de tuien. De op dit principe van 'constructief filigraan' gebaseerde boog heeft een grote stijfheid in het verticale vlak. Daarmee is echter de zijdelingse stijfheid nog niet gewaarborgd. Om die reden bestaat de constructie uit twee elkaar kruisende bogen. Deze constructie is met een EEM-analyse doorgerekend. Het bleek ruwweg dat de statische verticale belasting kan worden opge- nomen. De dynamische zijdelingse belasting vereiste een aanvullende verbinding tussen de twee bogen. Materiaalgebruik Het doel van de studie was om aan te tonen dat er met UHSB economisch kan worden gebouwd. Gezien de relatief hoge kosten van de grondstoffen is er gericht gezocht naar het beper - ken van het materiaalgebruik. Dit uit zich bovendien ook in een zeer transparante en lichte verschijningsvorm. Het was echter ook de bedoeling de unieke mogelijkheden van UHSB zichtbaar te maken. De voor beton uiterst dunne banden waarmee de boog is opgebouwd, zijn feitelijk alleen in UHSB uit te voeren. De transparantie en de visuele lichtheid van de constructie maakt dus 'afleesbaar' dat hier sprake is van een bijzonder materiaal. De banden zouden nooit in staal kunnen worden gerealiseerd omdat ze bij de scherpe aansnijdingen niet geschilderd zouden kunnen worden. De dichtheid van UHSB maakt coating echter overbodig. Was een dergelijk ontwerp misschien constructief uitvoerbaar in staal, op onderhoudsgronden zou het afvallen. 4 40_43 7_Het_Oog_Ontwerp.indd 43 13-09-2012 09:10:00