Wat zijn de verschillende mogelijkheden rondom bouwkundige software? Welke software helpt het beste bij een goed constructief ontwerp? De ontwikkelingen in de techniek gaan razendsnel, waardoor het lastig is om een compleet beeld van de huidige mogelijkheden van de software voor constructeurs te hebben. Hier willen we jou een handje bij helpen. Daarom organiseert Cement op 28 oktober de Cement Softwaredag, dit keer een online event. Kijk op www.cementonline.nl/softwaredag voor meer informatie. online_ event TO DO: 5 augustus 2020 52020 Vermoeiing betonstaal Microscheurvoming \fietsbrug Schinveld Cement_Cement 05 2020 1 16-07-20 12:08 Wat zijn de verschillende mogelijkheden rondom bouwkundige software? Welke software helpt het beste bij een goed constructief ontwerp? De ontwikkelingen in de techniek gaan razendsnel, waardoor het lastig is om een compleet beeld van de huidige mogelijkheden van de software voor constructeurs te hebben. Hier willen we jou een handje bij helpen. Daarom organiseert Cement op 28 oktober de Cement Softwaredag, dit keer een online event. Kijk op www.cementonline.nl/softwaredag voor meer informatie. online_ event TO DO: 5 augustus 2020 52020 Vermoeiing betonstaal Microscheurvoming \fietsbrug Schinveld Cement_Cement 05 2020 1 16-07-20 12:08 Cement is hét kennisplatform over betonconstructies. Het speelt al meer dan 65 jaar een onmisbare rol voor constructeurs. Omdat kennis juist voor aankomende constructeurs essentieel is, is het belangrijk dat ook jij de weg naar Cement weet te vinden. Via Cementonline.nl, het vakblad en via onze nieuwsbrief krijg je toegang tot een schat aan informatie over onder meer actuele projecten en ontwikkelingen op het gebied van constructietechniek, materiaal en regelgeving. Je kunt nu een compleet lidmaatschap afsluiten voor slechts ? 74,50 per jaar. Een online lidmaatschap is voor jou helemaal gratis zolang je student bent! Meld je nu aan bij het kennisplatform Cement WWW.CEMENTONLINE.NL/VOOR-HET-ONDERWIJS. CEMENTONLINE.NL WORD LID VANAF ? 0,- STUDENT? LEER VAN DE PRAKTIJK. Cement wordt mede mogelijk g\femaakt door:  Cement is een kennisplatform van én voor constructeurs. Het platform legt ke\f\fis vast over co\fstr\bere\f met be- to\f e\f verspreidt deze o\fder vakge\fote\f. Om deze ke\f\fisdeli\fg te o\fderste\b\fe\f e\f het bela\fg erva\f te o\fderstrepe\f, ka\f ee\f bedrijf part\fer \fworde\f. Ee\f part\fer ge\fiet ee\f aa\ftal aa\ftrekkelijke voorde- le\f, zoals zichtbaarheid,\f fli\fke korti\fg op lidmaatschappe\f, gr\fatis plaatsi\fg va\f vacat\bres e\f de mogelijkhe\fid mee te prate\f over de i\fho\bd va\f het platform. Heb je ook i\fteresse om part\fer te wor- de\f, \feem da\f co\ftact op met Marjolei\f\f Heijma\fs, m.heijmans@aeneas.nl. Onze partners CEMENTONLINE Meer informatie over deze bedrijven en over het partner s\fhap staat op www.\fementonline.nl\bpartners. Cement_Cement 05 2020 2 16-07-20 12:08 partners CEMENT 5 2020 ?1 2? CEMENT 5 2020 29 Onderzoek eigenspanningen en microscheurvorming Tweeluik over onderzoek naar het effect van de relaxatie op eigenspan- ningen in beton (1) en de invloed van microscheurvorming op krimp (2). 44 Nieuwe normeisen vermoei- ingssterkte betonstaal Vastgesteld op basis van uitvoerig onderzoek naar mechanisch gericht en gepunt- of gehechtlast beton- staal Ø12 en Ø16 mm. 50 Opinie: Vermoeiing wape- ning nog altijd een probleem Ondanks aanpassing in de Euro- code 2 is nieuw onderzoek volgens André Verschoor dringend nodig. Artikelen 6 Doorgaande voorspanning in gekromde fietsbrug Het lange, slanke dek van de fiets- brug in de N274 bij Schinveld is in het werk gestort, ligt in een bocht en is over de gehele lengte voorgespannen. 14 Capital C: nieuw leven voor gebouw met allure Over het funderingsherstel, de nieuwe kelder en het parametrisch ontwerp van de dakopbouw van de voormalige Diamantbeurs. 22 Rekentool voor trillingsarme gebouwconstructies Een afstudeerder aan de TU Delft heeft een rekentool ontwikkeld voor in het vroege ontwerpstadium. 14 44 Foto voorpagina:?Fietsbrug in de N274 bij Schinveld, foto: Henk Snaterse / ipv Delft COLOFON Cement, vakblad over betonconstructies, is hét vakblad van en voor constructeurs en verschijnt 8 keer per jaar. Het vakblad is een onderdeel van het kennisplatform Cement, een uitgave van Aeneas Media bv in opdracht van het Cement&BetonCentrum. Uitgave Aeneas Media bv, Veemarktkade 8, Ruimte 4121, 5222 AE 's-Hertogenbosch T 073 205 10 10, www.aeneas.nl Redactie dr.ir. Dick Hordijk (hoofdredacteur), ir. Paul Lagendijk, ir. Marloes van Loenhout, ir. Jacques Linssen, ir. René Sterken, ir. Cindy Vissering, ing. Henk Wapperom, dr.ir. Rob Wolfs Redactieraad ir. Edwin Vermeulen (voorzitter), ing. Dick Bezemer, prof.dr.ir. Jos Brouwers, ir. Maikel Jagroep, ir. Stijn Joosten, ir. Ad van Leest, dr.ir. Mantijn van Leeuwen, ing. Michael van Nielen PMSE, ir. Paul Oomen, ir. Dirk Peters, ir. Ton Pielken rood, ir. Kees Quartel, ir. Hans Ramler, ir. Luc Rens, ir. Paul Rijpstra, prof.dr.ir. Theo Salet, ir. Dick Schaafsma, ing. Roel Schop,  dr.ir. Raphaël Steenbergen, prof.dr.ir. Kim van Tittelboom, prof.dr.ir. Lucie Vandewalle, ing. Henk ter Welle, ing. Jan van der Windt Uitgever / vakredacteur ir. Jacques Linssen j.linssen@aeneas.nl, T 073 205 10 22 Planning en coördinatie Hanneke Schaap h.schaap@aeneas.nl, T 073 205 10 19 Eindredactie Hanneke Schaap Ontwerp Twin Media bv, Miranda van Agthoven Vormgeving Twin Media bv, Petra Guijt Media-advies Leo Nijs, l.nijs@aeneas.nl, T 073  205 10 23 Klantenservice abonnementen@aeneas.nl, T 073 205 10 10 Website www.cementonline.nl Overname artikelen Overname van artikelen en illustraties is alleen toegestaan na schriftelijke toestemming. Lidmaatschappen 2020  Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.cementonline.nl/lidworden of neem contact op via abonnementen@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voor- waarden op www.cementonline.nl/algemene- publicatievoorwaarden Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Cement niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslissingen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang- hebbenden kunnen contact opnemen met de uitgever. ISSN 0008-8811 Inhoud Vakblad over betonconstructies CEMENT 5 2020 ?3 Als ik zeg "de hoofdletter C", dan denkt u in deze tijd waar- schijnlijk (net als ik) maar aan één ding: Coronavirus en hoe dat ons privéleven en ons werk beïnvloedt. Hopelijk bent u zelf ontsnapt aan besmetting. Maar in onze werkomgeving hebben we de impact al gemerkt of zullen we de impact nog gaan voelen, ik hoop niet al te erg. Maar nee, met de hoofd- letter C refereer ik aan iets heel anders: in Amsterdam is de voormalige Diamantbeurs, een rijksmonument, grondig gerestaureerd en omgedoopt tot 'Capitol C'. In Bouwen met Staal is gepubliceerd over de parametrisch ontworpen glazen dome die boven op het dak is geplaatst. Maar dat is slechts een deel van het complexe werk dat daar heeft plaatsgevonden. Wij leggen de nadruk op de betonconstructie: het herstellen en versterken van bestaande kolommen en funderingen en bovendien 'nog even' een vier meter diepe kelder onder het gebouw maken. En de hoofletter C staat natuurlijk ook voor Cement. Hoofdletter C Cement zou Cement niet zijn zonder vaste onderdelen: zoals de column (deze keer weer verzorgd door de voorzitter van de Betonvereniging), de twee Talenten van het Jaar 2019 (voor de laatste keer) en Beton in beeld (met de uitbreiding van het Kennedy Center in Washington). Cement zou C ement niet zijn als we geen aandacht zouden besteden aan onder- zoek: dit keer zowel aandacht voor een afstudeeronderzoek naar een rekentool voor het beoordelen van trillingen van gebouwen, als voor een promotieonderzoek naar eigenspanningen en micro- scheurvorming, door één van de oudste promovendi. Cement zou Cement niet zijn als we geen aandacht zouden besteden aan nieuwe normen en wat die voor onze ontwerp- praktijk betekenen: dit keer is vermoeiing van wapening het thema. Cement zou Cement niet zijn als we geen aandacht zouden besteden aan projec - ten: dit keer, naast 'Capitol C' aandacht voor de creatieve ingenieurs van ipv Delft en hun ontwerp van een gekromde, voorgespannen fietsbrug. Ook deze keer weer een compleet aanbod aan interes- sante kopij over constructies in beton. Veel leesplezier! Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl 54 En verder 20 Duurzaam beton wil je ook zien, voelen en ruiken Column Dorien Staal. 52 Talent van het jaar (6) Utiliteitsbouw versus infrastructuur; wat zijn de verschillen? Patrick van Dodewaard en Koen van Doremaele nemen een kijkje in elkaars keuken. 54 Diepe buiging Dubbel gekromde gevels en wanden van 'gekreukeld' beton sieren de in het werk gestorte uitbreiding van het Kennedy Center in Washignton D.C. 4? CEMENT 5 2020 Aan dit nummer van Cement werkten mee: auteurs ir. Rob Arts RC Adams Civiel Advies p. 6 ? 13 dr.ir. Gustaaf Bouquet TU Delft p. 29 ? 42 ir. Barbara Heijl WijS architectuur p. 54 ? 59 ir. Patrick van Dodewaard IMd Raadgevende Ingenieursp. 52 ? 53 ir. Gerwin Schut Witteveen+Bos p. 22 ? 28 ir. André Verschoor Reijneveld Engineering p. 50 ? 51 ir. Christa van den Berg ipv Delft p. 6 ? 13 ir. Theo Breedijk onafhankelijk adviseur betonstaal p. 44 ? 49 ing. Koen IJff Pieters Bouwtechniek p. 14 ? 19 ir. Koen van Doremaele BAM Infraconsult p. 52 ? 53 ir. Dorien Staal Voorbij Prefab B.V. p. 20 ? 21 Het prefabriceren van fun- deringspalen biedt grote voordelen: de palen worden in geconditioneerde omstandighe- den op een geïndustrialiseerde manier vervaardigd en hebben daardoor een relatief hoge en constante sterkte en altijd de ge- wenste afmetingen. Je weet dus precies wat er de grond in gaat. De keerzijde van prefab is echter dat het heien gepaard gaat met geluids- en trillingshinder. HPSchroefpaal Systems B.V. heeft nu een holle prefab schroefpaal ontwikkeld die enerzijds voldoet aan de hoge kwaliteitsstandaard die je van prefab mag verwachten, en waarmee anderzijds hinder aanzienlijk wordt beperkt, door- dat ze schroevend worden aan- gebracht. Het biedt daarmee een interessant alternatief voor ge- schroefde, in de grond gevormde palen, zoals avegaarpalen en DPA-palen, waarvan de kwaliteit nog wel eens te wensen overlaat, zeker in slappe bodems. Prefab schroefpaal combineert beste van twee werelden WWW.CEMENT ONLINE.NL /HP_SCHROEFPAAL Meer over de holle prefab schroefpalen staat in een gesponsord artikel op www.cementonline.nl/hp_schroefpaal. De schroefpalen hebben een holle doorsnede Holle Prefab Schroefpaal combineert het beste van twee werelden HOLLE PREFAB SCHROEFPAAL HPS SYSTEMS Tel: 06 - 83 640 726 Email: info@hpschroefpaal.nl www.hpschroefpaal.nl Het prefabriceren van funderingspalen biedt grote voordelen als het gaat om kwaliteit. De keerzijde van prefab is echter dat het heien gepaard gaat met geluids- en trillingshinder. HPSchroefpaal Systems B.V. heef t nu een prefab schroefpaal ontwikkeld die enerzijds voldoet aan hoge kwaliteitsstandaard die je van prefab mag ver wachten, en waarmee anderzijds hinder aanzienlijk wordt beperkt. Schroefpunt. Monitoringsysteem. De holle schroefpaal. Paal met schroefpunt. Adv Cement B 187.5xH 117 .indd 1 13-07-20 11:41 gesponsord bericht Doorgaande voorspanning in gekromde f ietsbrug Brug Onderbanken in de N274 1 Pijler fietsbrug over de N274 met enkele oplegging en fixatie in dwarsrichting, foto: Henk Snaterse / ipv Delft De nieuwe fietsbrug over de N274 bij Schinveld (Limburg) valt niet alleen op door het geïntegreerde kunstobject, maar vooral ook door het doorlopende slanke dek (foto 1). Dit 188 m lange dek is in het werk gestort, ligt in een bocht en is over de gehele lengte voorgespannen. 1 6? CEMENT 5 2020 Ontwerp en realisatie van de brug maakten deel uit van de recon- structie en aanpassing van de N274 in de gemeente Beekdaelen (voorheen Onderbanken). Met de brug is voor fietsers een veilige oversteek gecreëerd ter hoogte van de nieuwe turbo- rotonde bij de Jabeekerweg. Samen met drie kunstobjecten accentueert de brug de poortfunctie voor de plusregio Parkstad, bij de grens met Duitsland. Tracéstudie Aan het ontwerp van de brug ging een uitge- breide variantenstudie vooraf. Ipv Delft zocht daarbij met een werkgroep naar het meest geschikte tracé op basis van onder meer land - schappelijke inpassing, fietserscomfort en uitvoeringskosten. Dit leidde tot een 350 m lang tracé, dat bestaat uit een 188 m lange brugconstructie met een fietspad op grond - lichamen aan weerszijden (fig. 2). In boven - aanzicht vormt de gehele brug een lange bocht met een radius van 185 m. De ontwerpers stond een zo slank mo- gelijke brug voor ogen met grote overspan - ningen. Om dit mogelijk te maken is gekozen voor een geheel in het werk gestorte con - structie met doorlopende voorspanning. Zowel pijlers als brugdek zijn ter plaatste gestort. Dankzij deze uitvoeringsmethode heeft de brug een doorlopend dek gekregen dat zorgt voor een helder en continu beeld. Door de grote overspanningen is de ruimte onder de brug vrij in te delen en bleef het zicht op het kenmerkende landschap intact. De optie met prefab brugdekdelen werd ook onderzocht, evenals prefab dekde- len in combinatie met natte knopen. Prefab bleek met name qua bouwtijd voordeliger te zijn, maar was tegelijkertijd ook duurder, meer onderhoudsgevoelig en minder slank. Bovendien zouden de brugdekdelen te groot en zwaar (280 ton) zijn voor transport. Ook de combinatie van een prefab dek met de gewenste slanke steunpunten zou de uitvoe- ring er niet makkelijker op maken. Een eventuele deling van de prefab dekken in kleinere secties is overwogen, maar bracht ongewenste consequenties en risico's met zich mee. Een in het werk gestort en voorge- spannen dek bleek de beste optie. PROJECTGEGEVENS project Poort van Parkstad, fietsbrug N274 Onderbanken opdrachtgever Provincie Limburg architect brug ipv Delft constructeur definitief ontwerp Adams Civiel Advies, Jeroen Koot Constructie Advies ontwerper stalen kunstobjecten Marijke de Goeij aannemer BAM Infra Regionaal constructeur uitvoeringsontwerp Palte B.V. leverancier voorspanning Dywidag Systems International leverancier voegen en opleggingen Freyssinet oplevering april 2019 CEMENT 5 2020 ?7 Brugdek Om de haalbaarheid van de voorspanning in het brugdek te onderzoeken, voerden constructeur en ontwerper een studie uit, waarbij zaken als bouwfasering, principe van stortnaden, globale hoeveelheid voor- spanning én het voorspanverloop werden beschouwd. Een massieve doorsnede was daarbij het uitgangspunt. De beoogde slanke constructie vroeg namelijk om relatief hoge voorspanning, met een groot aantal meer- veldse kabels. Die kabels lopen van hoog boven de steunpunten naar laag in het veld- midden. Hierdoor was de ruimte voor ge- wichtsbesparende holtes beperkt en zou toepassing van holtes bovendien zowel ont- werp als uitvoering complexer maken. De studie leidde tot het vastleggen van het principe van de voorspanning: 8 kabels uit 19 strengen van 150 mm die gefaseerd wor- den voorgespannen (Zie verder onder 'Voor- spanning'). Het 188 m lange dek van de fietsbrug is 4,85 m breed en verdeeld in vijf tussenvel - den van 28 m en twee eindvelden van 24 m (fig. 2). Het streven om de krachten en ver- vormingen in het gehele brugdek van dezelf - de orde van grootte te krijgen, leidde tot de kortere eindvelden. Uit esthetisch oogpunt werd gekozen voor een dek met gekromde onderzijde (fig. 3). De maximale dikte is 1,1 m en de betonsterkteklasse is C35/45. Dankzij de constante bochtstraal is het gehele dek met één en dezelfde mal ge- maakt die per brugdeel van 28 m bestond uit vier mallen van 7 m. Om reden van es- thetiek, budget en uitvoerbaarheid is de ge- hele brugconstructie na de bouw gekeimd. 2 Dwarsdoorsnede brug, bron: ipv Delft 3 Dekdoorsnede, bron: ipv Delft IR. ROB ARTS RC senior adviseur constructies Adams Civiel Advies IR. CHRISTA VAN DEN BERG tekstschrijver ipv Delft creatieve ingenieursauteurs 8? CEMENT 5 2020 2 3 De aangebrachte laag mineraalverf zorgt voor een uniforme kleurstelling van het beton (foto 4). Bekisting pijlers Behalve het brugdek zijn ook alle pijlers in het werk gestort. De steunpunten zijn zo ontworpen, dat de aannemer op basis van zijn eigen bouwfasering het aantal te ge- bruiken bekistingen kon kiezen. Hierbij was toepassing van een enkele mal een van de opties. Uiteindelijk zijn ze inderdaad alle met dezelfde mal gemaakt (foto 5). Toch zijn de pijlers allemaal anders qua afmetingen: de hoogte varieert en ook wat breedte betreft zijn er twee types. Er is gekozen voor ellips- vormige pijlers die naar boven toe subtiel verbreden. De drie pijlers (as 5, 6 en 7) ter plaatse van de rotonde verlopen in breedte van circa 1700 mm aan de voet tot 2000 mm bij het brugdek, de overige pijlers (as 3, 4 en 8) verlopen van 1330-1400 mm aan de voet tot 1600 mm bij het brugdek. Doordat afron - ding en dikte (maximaal 850 mm) in alle steunpunten gelijk is gehouden, kon één mal volstaan. De onderzijde van de mal is naar wens ingekort en voor de breedste kolom - men werd een inzetstuk gebruikt. Mortelschroefpalen De pijlers zijn gefundeerd op een in het werk gestorte poer op schoorpalen (fig. 6). Vanwege de aanwezigheid van zeer harde bovenlagen is de brug gefundeerd op mortel - schroefpalen Ø550 mm met maximale schoorstand 8:1. De schoorstand was mede vanwege de relatief geringe lengte goed te realiseren. Onder de drie grootste steunpun - ten staan in het werk gestorte 10-paals poe- ren met een afmeting van 6,5 x 2,6 x 1,4 m³, de overige zijn gefundeerd op in situ 6-paals poeren van 3,4 x 2,4 x 1,4 m³. Botsbelasting Voor de dimensionering van de steunpunten en onderbouw was de botsbelasting, naast het eigen gewicht en de verkeersbelasting, van groot belang. De calamiteit was hier ruimschoots maatgevend. De N274 is een provinciale weg. Voor provinciale wegen moet normaliter de hoogste categorie van tabel NB.1 ? 4.1 van NEN-EN 1991-1-7 te wor- den aangehouden. Omdat de brug de pro- vinciale weg echter kruist ter plaatse van de rotonde, werd bepaald dat de brug qua bots- belasting op de tweede categorie kon worden berekend: rijkswegen in landelijk gebied. De snelheid waarmee voertuigen de brug pas- seren, zal relatief laag zijn; het verkeer moet afremmen voor ze de rotonde oprijden. De brug heeft een vereiste vrije onder- doorgang van 4,6 m. Dit betekende dat er geen reductie van de botsbelasting mogelijk was. Dit alles leverde een botsbelasting op van F dx = 1500 kN, F dy = 750 kN. Zo werd voor- komen dat de brug onnodig fors en duur zou zijn. 4 Al het beton van de brug is uiteindelijk gekeimd, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft CEMENT 5 2020 ?9 4 Logischerwijs wordt een eventuele stootbelas- ting met name opgenomen door de steun- punten rond de rotonde (fig. 7). Daarom zijn deze pijlers forser uitgevoerd. De pijler op as 6, in het midden van de rotonde, is ontworpen als het vaste punt van de brug. Bij een botsing tegen het dek neemt dit steunpunt het groot- ste aandeel van de botsbelasting op. Het door- gaande dek is vervolgens in staat de botsbe- lasting te verdelen over meerdere pijlers. De zware wapening van Ø40 mm moest rechtstreeks vanuit de poer in de pijler doorlopen, zonder overlappingslassen. In dergelijke gevallen mag het wapenings- percentage hoger zijn dan 4%. Fixatie De pijlers nabij de rotonde (as 5, 6 en 7) zijn uitgevoerd met twee oplegpunten. De pijlers op as 3, 4 en 8 hebben één centrale opleg - ging (fig. 7). Er is gekozen voor opleggingen met een fixatie in dwarsrichting. Alleen de 5 5 Voor het storten van alle pijlers volstond één houten mal, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft pijler op de rotonde heeft fixaties in zowel langs- als dwarsrichting. Het brugdek kan zo de vervorming onder invloed van tempe- ratuur in lengterichting hoofdzakelijk vrij ondergaan en blijft in dwarsrichting op zijn plaats. Horizontale belastingen in dwars- richting worden op elke as door de discrete fixatie opgenomen. Er zijn staalgewapende rubber opleg - blokken toegepast met geïntegreerde staal - fixaties. Op een zo laat mogelijk moment tijdens de bouw is de scheefstand van de rubber opleggingen door de tot dan toe op- getreden krimp, kruip en voorspanning geneutraliseerd. Dit gebeurde door het dek kort op te vijzelen en daarna weer te laten zakken. Bij de landhoofden werden in een zo laat mogelijk stadium voegen van het type Freyssinet Multiflex SX270 aangebracht. Dit zodat een deel van de vervormingen door krimp en kruip onder invloed van de voor- spanning al had plaatsgevonden. Het slanke ontwerp met grote overspanningen vroeg om een in het werk gestorte constructie met doorlopende voorspanning 10? CEMENT 5 2020 6 7 De pijlers zijn ondanks variërende afmetingen met dezelfde mal gemaakt methode te kiezen waarbij de bekisting vaker kon worden gebruikt. Het had uitein- delijk ook met minder bekisting gekund, maar dan was de bouwtijd langer geweest. De toegepaste langsvoorspanning is opge- bouwd uit een 19 strengs-systeem. Iedere fase werd apart voorgespannen met vier voorspankabels die zorgden voor evenwicht tussen eigen gewicht en de voorspanning. Met vier afgespannen kabels voldeed het dek in de bouwfase en was het mogelijk te ontkisten voordat de volledige voorspanning aanwezig was. De bekisting werd vervol - Voorspanning De definitieve engineering van de voorspan - ning is in de uitvoeringsfase gedaan. De aan - nemer kreeg hierbij de vrijheid om de bouwmethode binnen de in het bestek ge- noemde randvoorwaarden aan te passen. Verder waren er optimalisaties mogelijk in bijvoorbeeld de keuze van de sterkteklasse van het beton, het verloop van de voorspan - ning, het toepassen van sparingbuizen, de positie van de stortnaden, de mate van voor- spanning en de toepassing van traditionele wapening (foto 8). Al deze randvoorwaarden bepaalden uiteindelijk de keuze voor het aantal velden per stort. Er is gestort in drie fasen (fig. 6) met twee stortnaden uit het zicht van de rotonde. De eerste stort betrof het midden - gedeelte van de brug nabij de rotonde op as 5-7. De tweede en derde stort betrof de velden vanaf de landhoofden tot aan deze stortnaden. De kunst was een uitvoerings- 6  De fundering in 3D, bron: Palte B.V. 7  Botsbelasting, bron: ipv Delft knip knip stort 2 as 2-5 stort 1 as 5-7 stort 3 as 7-9 CEMENT 5 2020 ?11 10 Omdat de brug de provinciale weg kruist ter plaatse van een rotonde, kon de botsbelasting voor rijkswegen in landelijke gebieden worden aangehouden 8 9 8 De bekisting en wapening van een brugdeel met doorvoeren voor de voorspanning, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft 9 Langsvoorspanning, bron: Palte B.V. 10 Verbinding kunstobject-brugrand, bron: ipv Delft 12? CEMENT 5 2020 gens voor de volgende fase opnieuw gebruikt. Wat meespeelde bij het aanbrengen van de voorspanning, was dat fase 1 niet direct op honderd procent kon worden afge- spannen. Er zou dan te veel trek boven het steunpunt ontstaan, doordat het moment door het eigen gewicht van de uitkraging naar de stortnaad kleiner is dan het mo- ment uit de voorspanning.De voorspankabels werden iedere keer doorgekoppeld met speciale voorspan - koppen. In de eindfase zijn nog vier kabels over de gehele lengte van de brug voorge- KUNSTOBJECTEN Bij de uitwerking van het brugontwerp vroeg ook de aansluiting van het centrale kunstobject met stalen kubussen om aan- dacht. Dit object vormt een geheel met de twee kleinere kunstobjecten aan weerszij- den van de brug en de brug zelf. Elk object is opgebouwd uit een stapeling van kubus- sen uit stalen buisprofielen. Tezamen visua- liseren ze de poortfunctie van de brug. Het grootste kunstobject is daadwerkelijk spannen. Dat gebeurde tweezijdig om de verliezen te beperken. Het totaal aan voor- spankabels komt zo op 8 per doorsnede, conform de uitgangspunten van het DO (fig. 9). Uitgebalanceerd kunstwerk Het eindresultaat is een slanke witte brug die in één vloeiende beweging door het land - schap snijdt en fietsers snel en veilig de N274 laat kruisen. Kunstobjecten en fiets- brug vormen samen een uitgebalanceerd kunstwerk. geïntegreerd in de brugconstructie: de bevestiging bevindt zich uit het zicht. Het kunstwerk is met stalen oplegschoenen en DEMU-ankers bevestigd aan het betonnen brugdek (fig. 10). Toegepast zijn twee rijen ankers van vier stuks DEMU 3010 M30x155 A4-80. De oplegschoenen zijn in een inkas- sing geplaatst, zodat het rvs spijlenhekwerk van de brug vloeiend doorloopt (foto 11). Bovendien zorgde de plaatsing van de ver- binding in een inkassing voor een groter contactoppervlak, waardoor er meer ruimte was voor de benodigde ankers. Het hekwerk is hier overigens aangebracht op een overbruggingsconstructie in rvs bestaande uit een geïntegreerde koker. Vanwege de hoogte van het kunstobject, zijn de ankers mede getoetst op vermoeiing door windbelasting op de kubusstapeling. De brugrand zelf is voorzien van splijtwapening. 11 11 Het grootste kunstobject is zo gemonteerd, dat de brugrand doorloopt, foto: Henk Snaterse / ipv Delft CEMENT 5 2020 ?13 Capital C: nieuw leven voor gebouw met allure Funderingsherstel, nieuwe kelder en parametrisch ontwerp dakopbouw 1 Capital C, een ontmoetingsruimte en co-workspace voor de creatieve industrie 1 14? CEMENT 5 2020 De Diamantbeurs werd in 1910 gebouwd. Na verschillende toe- voegingen, verbouwingen en een brand was er begin deze eeuw weinig meer over van de allure van het Art Nouveau-gebouw. Een ingrijpende renovatie en modernisering was nodig. Met de transformatie tot Capital C is de Diamantbeurs nu omgebouwd tot een ontmoetingsruimte en co-workspace voor de creatieve industrie (foto 1). De grootste toevoeging is de evene- mentenruimte en het terras op de zevende verdieping, onder een langwerpige koepel. Om de belastingverhoging als gevolg van deze dakopbouw op het bestaande gebouw te kun - nen afdragen, was funderingsherstel noodza - kelijk. Daarnaast bestond er de wens een kel - der toe te voegen aan het gebouw zodat de gebruikers van Capital C er hun auto of fiets kunnen parkeren. Deze parkeerlaag bevond zich vóór de renovatie op de half verdiepte begane grond, waar zich ooit, in een eerdere fase de kluis van de Diamantbeurs en de kantoren van de Incassobank bevonden. In het nieuwe ontwerp heeft deze bouwlaag een horecafunctie gekregen, waardoor de plint van het gebouw weer levendig is geworden. ING. KOEN IJFF projectleider /constructeur Pieters Bouwtechniek auteur De voormalige Diamantbeurs aan het Weesperplein in Amsterdam is omgedoopt tot Capital C. Het rijksmonument is nauwkeurig gerestaureerd volgens de oorspronkelijke bouwtekeningen van architect Gerrit van Arkel. Nieuwe blikvanger is een diamantvormige glazen 'dome' op het dak, een knipoog naar de oorspronkelijke functie van het gebouw. Om deze nieuwe dakopbouw te kunnen dragen moesten kolommen en fundering worden hersteld en versterkt. Bovendien moest er een 4 m diepe kelder onder het gebouw komen. Een uitdaging die intensieve samenwerking en nauwe afstemming vroeg tussen architect, aannemer en constructeur. 2 Archieffoto van de Diamantbeurs uit 1913 CEMENT 5 2020 ?15 2 Stabiliteit bouwfase De Diamantbeurs is met haar 9.644 m² een relatief groot gebouw en met de metselwerk kolommenstructuur lokaal relatief zwaar. De gebruikelijke uitvoeringswijze voor het fun- deringsherstel met stalen tafelconstructie op nieuw geheide palen, zou te omvangrijk wor- den. De stabiliteit op beganegrondniveau moest met een uitgebreide stempel con- structie gewaarborgd worden, van zowel het gebouw als geheel, als de bouwput. Dit zou leiden tot een grote bouwput, damwanden met zware profilering en een complex geheel van stempel- en stutwerken in de verschil - lende fasen van uitvoering. Er is voor een andere aanpak gekozen, waarbij, voordat de kelder werd gereali - seerd, de nieuwe betonnen beganegrond - vloer is gebouwd (fig. 3). Hierdoor kon een tijdelijk stempelraam voor de damwanden achterwege blijven. Om de lasttoename als gevolg van de dakopbouw op te kunnen nemen zijn de metselwerk kolommen verstevigd door ze op te dikken met een gewapende betonschil (grotendeels 80 mm dik, foto 4). Overdrachtsconstructie Door de bestaande beganegrondvloer zijn de damwanden en nieuwe funderingspalen aangebracht. Deze palen hadden deels een overlengte zodat ze tot het niveau van de begane grond liepen. Vervolgens is er een nieuw stalen frame, als een soort 'stalen poer', om de voet van de verstevigde kolom - men gemaakt die op de nieuwe funderings- palen rust (foto 5). Door middel van vijzelen is de bestaande constructie via deze stalen 3 Fasering PROJECTGEGEVENS project Renovatie Diamantbeurs / Capital C opdrachtgever Capital Carchitect ZJA Zwarts & Jansma Architecten adviseur constructie Pieters Bouwtechniek installatieadviseur Hans van Dam Projectmanagement & Advies adviseur bouwfysica Peutz hoofdaannemer DCV Bouw bv uitvoering zomer 2015-2018 16? CEMENT 5 2020 3 overdrachtsconstructie afgedragen van de oude op de nieuwe palen en was er tijdens deze bouwfase geen sprake van zetting. Om dit vijzelen mogelijk te maken zijn korte sta- len liggers door de sparingen in de kolommen aangebracht, waarop ook het tijdelijke stem - pelwerk richting de kelder op is aangesloten. Om die reden zijn de kolommen op de bega - ne grond met 150 mm in plaats van 80 mm opgedikt. Het stalen frame is uiteindelijk in de nieuwe beganegrondvloer ingestort en de korte stalen liggers zijn afgeslepen en weg - gewerkt. Deze aanpak zorgde voor meer stabili - teit in de uitvoeringsfase, waardoor het ge- bouw zowel op de nieuwe als op de bestaande constructie kon blijven rusten, ook tijdens het uitgraven van de kelder. Bij de meer ge- bruikelijke methoden zou dit niet het geval zijn geweest. Realisatie kelder Na het vijzelen kon de nieuwe beganegrond - vloer worden gemaakt. Na uitharding van deze vloer is door drie grote sparingen ge- start met het uitgraven van de kelder (foto 6). Oude funderingsresten konden tussen de nieuwe funderingspalen door worden ver- wijderd. Bij het bereiken van een bepaalde diepte moesten de vrijgekomen nieuwe fun - deringspalen worden geschoord. Nadat de kelder voldoende was uitgegraven konden ? onder de beganegrondvloer ? de keldervloer, de kolommen en de wanden worden gerealiseerd, tussen de overlengte van de funderingspalen (foto 7). Bij het ge- reedkomen van de kolommen werd de bo- venbouw nog altijd door de tijdelijke onder- stempeling (de verlengde funderingspalen) gedragen, en waren de nieuwe kolommen en wanden in de kelder spanningsloos (foto 8). Bij het verwijderen van de onderstempeling kon een plotselinge overgang van de ene naar de andere krachtswerking een negatie- ve invloed hebben op de vloer van de begane grond. Daarom is ervoor gekozen om per paalgroep (of kolomvoet) eerst de lasten over te nemen in een vijzelconstructie, om vervolgens de tijdelijke stempeling te verwij- deren en de krachtsoverdracht gecontro- leerd te laten plaatsvinden. Ondertussen is constant gemeten wat dit met de vloer van de begane grond deed. De zakking van de vloer is niet groter geweest dan 2 mm. Toen de belasting eenmaal volledig in de nieuwe kolommen was opgenomen kon de overlengte van de palen worden verwij- derd. Een extra uitdaging was dat de kolom - men in de nieuwe kelder niet recht onder de kolommen van de bovenbouw stonden. In de vloer van de begane grond vindt dus Voordat de kelder werd gerealiseerd is de nieuwe betonnen beganegrond - vloer gebouwd 4 Kolommen zijn opgedikt met gewapend beton. Op deze foto de kolommen van de tweede verdieping die met een 80 mm dikke schik zijn verstevigd. De balken en consoles behoorden tot het bestaande casco en zijn niet aanvullend versterkt 5 Stalen frame om verdikte kolommen, met erboven de korte ingestorte liggers. Bovenin de bestaande staalconstructie CEMENT 5 2020 ?17 4 5 6 8 7 9 10 6 Ontgraven kelder onder beganegrondvloer 7 Storten keldervloer door sparingen in beganegrondvloer 8 Onderstempeling (verlengde funderingspalen) onder beganegrondvloer 9 Dakopbouw bestaat uit een licht ogende, transparante dakstructuur 10 De staalconstructie steunt op stalen frames die samen de zesde en zevende verdieping vormen 18? CEMENT 5 2020 een aanzienlijke krachtsoverdracht plaats. Dit is opgelost door op uitgekiende wijze wa- pening aan te brengen in de vloer, een vloer die met zo'n 60 cm behoorlijk slank is. Gecontroleerd bouwen Deze wijze van uitvoeren ? een kelderver- dieping naar beneden bouwen in plaats van naar boven ? zorgde voor minder risico's en meer efficiëntie tijdens de uitvoering. Het grote voordeel was dat er zeer gecontroleerd kon worden gebouwd. Zowel procesmatig als in relatie tot de mogelijke zettingen tijdens de werkzaamheden in, onder en naast het monument. Bovendien is het altijd de vraag wat je tegenkomt bij graafwerkzaamheden onder gebouwen die op plekken staan met een lange historie. Wordt er een belangrijke archeologische vondst gedaan, dan liggen de werkzaamheden zomaar een paar maanden stil. Door eerst de vloer van de begane grond te storten, kon het werk boven het maaiveld in ieder geval gewoon doorgaan, ook tijdens de werkzaamheden onder het maaiveld. Waar iedereen hoopte op een vergeten kistje diamanten, zijn er tijdens de graafwerk - zaamheden overigens alleen maar oude fun - deringsresten en beerputten gevonden. Parametrisch ontwerp 'dome' Op het dak zijn de twee markante torens en de originele dakrand met hekwerk en tim - panen uit het oorspronkelijke ontwerp van Van Arkel in ere hersteld (foto 1). Daarachter verrijst de nieuwe blikvanger: een indruk - wekkende glazen 'dome', die ? heel toepasse- lijk ? doet denken aan een diamant. Deze opbouw biedt plek aan een rooftop bar en dakterras (foto 9). Het ontwerp is gebaseerd op het prin - cipe van de gridshell, een dubbel gekromde constructie die is opgebouwd uit een grid in plaats van een dicht oppervlak. Dit geeft grote vormvrijheid en maakt grote over- spanningen mogelijk zonder extra kolom - men te hoeven plaatsen. Op die manier is een licht ogende, transparante dakstructuur ontstaan. De dome is parametrisch ontworpen, een proces waarbij een 3D-model is ge- maakt en gedimensioneerd op basis van data over krachtsafdracht in de elementen en relaties tussen de elementen. Naast dat het de mogelijkheid beidt om complexe geo- metrische constructies te berekenen, bood het de mogelijkheid om tot in een laat stadi - um van het ontwerpproces wijzigingen door te voeren. Als de vorm van de dome aanpas- singen zou vergen ? iets lager, hoger, smaller of breder ? kon deze nieuwe vorm direct worden gekoppeld aan het rekenmodel. Met form finding is vervolgens gezocht naar de meest ideale vorm van de koepel, die ook de uiteindelijke constructie bepaalde. Het re- sultaat is een relatief lichte staalconstructie met zo vlak en vierkant mogelijke panelen van dubbel glas. De stalen ladderframes zijn gemaakt in de fabriek van Octatube en ver- volgens naar Amsterdam getransporteerd, waar ze ter plekke met stalen koppelkokers aan elkaar verbonden zijn. De glaspanelen zijn vastgezet in het stalen frame. Subtiele toevoeging Hoe is het bestaande gebouw in staat dat enorme gewicht van de 45 m lange en 15 m brede koepel te dragen? Het zou al een uit- daging zijn om zo'n dome op een grasveld te plaatsen, laat staan bovenop een monumen - taal pand uit 1911. De staalconstructie steunt daarom niet op de buitenmuren, maar op nieuwe stalen frames die samen de zesde en zevende verdieping vormen (foto 10). Deze frames dragen op hun beurt weer af op de verstevigde, bestaande kolommenstructuur van het gebouw. Dit betekent dat de opbouw een stukje terug staat van de oorspronkelijke gevellijn en vanaf de straat niet direct in het oog springt. Met andere woorden: een subtie- le toevoeging aan een toch al markant gebouw. Verleden en heden Capital C biedt sinds het gereedkomen een hedendaagse werkomgeving in een uniek monument, en bovendien een van de meest spectaculaire uitzichten over de stad vanaf een dak met een stijlvolle en beeldbepalende opbouw. De Diamantbeurs kan weer ten volle deel uitmaken van de stad, als centrum voor de creatieve industrie, als openbare ruimte met restaurant en ruimte voor kunst. En als sprankelend monumentaal pand dat verleden en heden van Amsterdam verbeeldt. Het verwijderen van de tijdelijke stempeling leidde tot een plotselinge overgang van de ene naar de andere krachtswerking in de vloer CEMENT 5 2020 ?19 20? CEMENT 5 2020 column Nu door corona onze horizon veranderd is, lijkt in onze sector het gesprek over klimaatverandering niet langer een 'geitenwollen sokken'-onderwerp. Sterker nog, veel collega's beginnen het als hun missie te zien om bij te dragen aan het verlagen van de CO?-footprint van beton. We houden namelijk van beton en er is nog zoveel in de gebouwde omgeving te realiseren waarin beton onmisbaar is. Net als andere sectoren nemen ook wij onze verantwoordelijkheid en reduceren de CO?-footprint. Dat doen we steeds meer samen en dat is geweldig. Recent mochten we bij de Algemene Leden Vergadering (ALV) van de Betonvereniging vijf nieuwe bestuursleden verwelkomen. Voor de meesten bleek de ambitie om bij te kunnen dragen aan duurzamer beton een belangrijke motivatie om hun kostbare tijd vrij te maken voor een bestuursfunctie. Over de hele keten is de beweging echt serieus ingezet. Nu realiseren we ons dat we echt beter onze krachten kunnen bundelen. Bij Voorbij Prefab blijven we ook volop in ontwikkeling en werken we in het betonlaboratorium hard aan nieuwe betonmengsels. Er spelen tegelijkertijd veel verschillende ontwikkelingen die allemaal invloed op elkaar hebben. Zo experimenteren we met alkalische activatie, maar stagneren ondertussen de leveringen van vliegas. Zo zijn er meer voorbeelden waardoor de theorie van optimale mengsels niet altijd overeenkomt met de dagelijkse praktijk. Praktisch hebben we te maken met beschikbaarheid van grondstoffen. Als de kolencentrale Hemwegcentrale vanwege de realisatie van de klimaatdoelen sluit, missen wij de reststroom vliegas. Dat heeft dan weer een nadelig effect op de footprint van beton. En zo is er ook in ons betonlaboratorium never a dull moment. In mijn vorige column schreef ik over het toepassen van beton- granulaat in onze casco's. De primaire grondstof grind vervingen we toen (maart 2020) voor 20 procent door betonpuin (betongra- nulaat) te gebruiken. Inmiddels is dit percentage al verhoogd naar 40 procent. En dat smaakt naar meer! Natuurlijk zijn we erg benieuwd wat er qua certificering bij komt kijken nu we onze lat hoger leggen dan de 40 procent. Waar krijgen we dan mee te maken? We gaan het de komende periode ontdekken. En kunnen we ook zand deels vervangen door secundaire grondstoffen? Ik ben benieuwd of iemand hier al ervaring mee heeft opgedaan en deze wil delen. Ik hoor het graag. Duurzaam beton wil je ook zien, voelen en ruiken Dorien Staal is statutair directeur van betonfabriek Voorbij Prefab. Daarnaast vervult ze een bestuurs- functie bij het Netwerk Conceptueel Bouwen en is ze voorzitter van de Betonvereniging. Samen met Sander den Blanken, managing director van Infraconsult en Infra Asset Management, BAM Infra Nederland, neemt Dorien gedurende een jaar de column in Cement voor haar rekening. Wil je reageren op deze column, stuur dan een email naar cement@aeneas.nl. CEMENT 5 2020 ?21 Met onze buurman, de afvalverwerker PARO, werken we mee aan het plan om Amsterdam 100% circulair te maken. We willen in Amsterdam door slim na te denken over hergebruik de komende tijd een stuk minder afhankelijk zijn van fossiele grondstoffen. Hoe zorgen we dat we grondstoffen zoveel mogelijk behouden en zo min mogelijk afval creëren? Het is ons idee om sloopafval per schip uit Amsterdam te halen en bij PARO te verwerken tot grondstof. Deze grondstof gebruiken we dan bij ons in de beton- fabriek als basis voor duurzame betonproducten. Deze nieuwe producten vervoeren we dan weer per schip terug naar Amster- dam. Het is inspirerend om te ervaren hoe enthousiast dit idee is ontvangen zowel bij de gemeente als ook in het netwerk van Amsterdamse bedrijven. En deze innovatie gaan we natuurlijk niet alleen toepassen in Amsterdams beton? De samenwerking met de Technische Universiteit Eindhoven krijgt vanuit de leerstoel van Theo Salet steeds meer richting. In de praktijk gaan we de onderzoeken vanuit de universiteit toetsen. Denk bijvoorbeeld aan het gebruik van slakken en klei, maar ook onderzoeken over alternatieve bindmiddelen. Dit zien we overi- gens als een samenwerking die onze twee organisaties overstijgt. We willen dit juist samen met andere bedrijven ondernemen, vanuit de absolute overtuiging dat je kennis moet delen en dat samen innoveren veel sneller gaat (en ook nog leuker is). Dus voel je uitgenodigd om mee te doen! Al met al zetten we echt goede stappen richting beton met een lage CO?-footprint. Dat is onze eindbestemming. Als tussenbe- stemming werken we nu toe naar een woning van duurzaam beton. Een woning waarin alle bovenstaande ideeën samen- komen. Een woning om straks in te kunnen kijken, aan het beton te voelen en ruiken. Een woning waarin we onze ambities waarmaken. Want ook hier geldt: het kan theoretisch allemaal kloppen, maar het komt aan op de praktijk. De woning van duur- zaam beton gaat laten zien dat het kan! En dan is dat ook een belangrijk onderdeel op weg naar de acceptatie van de grote verandering waar we als branche middenin zitten! "Er is nog zoveel in de gebouwde omgeving te realiseren waarin beton onmisbaar is" "We willen dit juist samen met andere bedrijven ondernemen, vanuit de absolute overtuiging dat je kennis moet delen en dat samen innoveren veel sneller gaat" Rekentool voor trillingsarme gebouwconstructies Afstudeerder ontwikkelt tool voor het vroege ontwerpstadium Voor het ontwerpen van trillingsarme gebouwconstructies zijn zware 3D-eindige-elementenberekeningen nodig. Zou het niet mogelijk zijn een 'simpelere' tool te ontwikkelen met een veel kortere rekentijd? Die vraag stond centraal tijdens een afstudeerstudie aan de TU Delft. 22? CEMENT 5 2020 Door steeds verdere verfijning in wetenschappelijke onderzoeken worden onder andere medicijnen beter en computerchips sneller. Hiervoor is geavanceerde apparatuur beno- digd waarmee op micro- en nanoschaal kan worden gewerkt. De geringste trilling zorgt hierbij voor ruis in of zelfs onbruikbaarheid van de resultaten. Deze trillingen worden veroorzaakt door veel verschillende bron - nen. Te denken valt aan auto's die langs het gebouw rijden, wind die tegen het gebouw aanblaast, of mensen die in het gebouw lopen. Onderzoeksapparatuur heeft vaak in - gebouwde trillingsisolators. Ook bestaan er trillingisolerende eilanden of platen waarop de apparatuur kan worden geplaatst. Toch zijn die trillingreducerende ingrepen niet altijd afdoende. Daarom moet vaak ook de gebouwconstructie trillingsarm zijn. In dat geval moeten al vroeg in het ontwerpstadi - um fundamentele keuzes worden gemaakt voor de constructie om aan de trillingseisen te voldoen. Voor betrouwbare trillingsprog - noses zijn zware 3D-eindige-elementenbere- keningen vereist. De rekentijd komt daar- mee al snel uit op enkele dagen. Dit is voor een ontwerpende partij ongewenst. Daarom is Pieters Bouwtechniek, een bureau dat betrokken is bij het ontwerp van verscheidene trillingsarme onderzoeksge- bouwen, op zoek naar een simpelere ont- werp-/rekentool met een kortere rekentijd. Dit heeft geresulteerd in de initiatie van een afstudeeronderzoek aan de Technische Uni - versiteit Delft, faculteit Civiele Techniek [1]. Scope Voor het onderzoek bleek één type trillings- bron maatgevend voor trillingsarme vloeren binnen een gebouw: passerend zwaar weg - verkeer buiten het gebouw. De eisen voor trillingsarme laboratoriumgebouwen zijn streng en op microschaal vastgesteld: maxi - maal 0,05 mm/s voor de categorie VC-A. De aanname die vervolgens voor de tool kan worden gemaakt is dat de gebouw - constructie waarvoor trillingseisen gelden, zwaar en rigide wordt uitgevoerd met over het algemeen stijve verbindingen en relatief kleine overspanningen. Tevens worden de trillingsarme projecten veelal in het stedelij- ke (noord)westen van Nederland gebouwd. Om die reden is de tool specifiek ontwikkeld voor geologische locaties met een zachte bodemopbouw (bijv. Amsterdam). In het afstudeeronderzoek is de ont- werp-/rekentool 'EDDABuSgs' (Early Design Dynamic Analysis of Building Structures by Gerwin Schut) ontwikkeld. EDDABuSgs IR. GERWIN SCHUT afgestudeerd bij Pieters Bouwtechniek constructeur Witteveen+Bos auteur CEMENT 5 2020 ?23 bestaat uit een Excel-invoerbestand en Python-rekensheets die het dynamische gedrag van de constructie voorspellen en daarbij het driedimensionale trillingsveld in de bodem als input gebruiken (fig. 1). Voor die input is in het onderzoek gebruikge- maakt van de software FEMIX [2]. Methode en resultaten De implementatie van het onderzoek in FEMIX en EDDABuSgs is opgedeeld in vier aan elkaar gerelateerde subonderdelen: de trillingsbron (zwaar wegverkeer), de trans-missie van de trilling door de grond, de interactie tussen de grondopbouw en de gebouwconstructie, en de ontvanger van de trillingen (de gebouwconstructie). Verificatie van de tool? Belangrijk onderdeel van de studie is de verificatie van de tool. Er zijn metingen van trillingsarme projecten in Nederland beschikbaar, echter de informa - tie van deze metingen is niet voldoende om als verificatie te dienen. Wel biedt het onder- zoek van prof. Geert Degrande e.a. van de Katholieke Universiteit (KU) Leuven [3], [4] 1 Onderscheid in FEMIX en EDDABuSgs en 2D-representatie van de constructie De maatgevende trillingsbron is passerend zwaar wegverkeer AFSTUDEERSTUDIE Dit artikel is gebaseerd op de afstudeerstudie 'Practical Engineering Design Tool for Vibration Sensitive Laboratory Building Structures' die Gerwin Schut heeft uitgevoerd aan de TU Delft, faculteit Civiele Tech- niek en Geowetenschappen, in samenwerking met Pieters Bouwtechniek. In de afstudeer- commissie hadden zitting prof. ir. R. Nijsse, dr.ir. J.M. Barbosa, ir. S. Pasterkamp (allen TU Delft) en ir. M.J. Koekoek (Pieters Bouwtechniek). 'Meer informatie over zijn thesis staat op repository.tudelft.nl (embargo tot 02-10-2020). 1 24? CEMENT 5 2020 uitkomsten. Zij hebben hun numerieke voorspellingsmodel van trillingen in de grond en in gebouwen ten gevolge van zwaar wegverkeer geverifieerd met metingen op locaties in België. De voorspellingen komen goed overeen met de metingen. Het voor- spellingsmodel van de KU Leuven is 'zwaar' van opzet, maar de informatie die wordt gegeven is goed bruikbaar voor verificatie van de resultaten van FEMIX en EDDABuSgs. Daarom wordt dit onderzoek gebruikt als verificatieproject voor de afstudeerstudie. Let wel, de aannames voor EDDABuSgs zijn gebaseerd op zachtere bodems dan in België: het (noord)westen van Nederland, waarin trillingen voortplanten met over het algemeen langere golflengtes (waardoor de grondverplaatsingen over de lengte van het gebouw minder variëren). De bron van trillingen? De trillingsbron in het verificatieproject bestaat uit een twee- assige vrachtwagen die over een kunstmatige wegoneffenheid rijdt (fig. 2). Het dynamische model van de vrachtwagen is in FEMIX geïmplementeerd als een vereenvoudigd 2D-voertuigmodel. De dynamische eigenschappen van het model omvatten de massa van het voertuiglichaam (M b), de massa's van de assen (M a), de stijfheid en demping van de ophanging (resp. K p en C p) en van de banden (resp. K t en C t). De gegenereerde bewegende dynami - sche belasting is sterk afhankelijk van deze dynamische eigenschappen. Ook de snelheid van het voertuig en de eigenschappen van de weg(oneffenheid) hebben grote invloed op de gegenereerde belasting. De pieken in de dynamische belasting (fig. 3, links in de bovenste grafiek) geven het op- en afrijden van de oneffenheid aan en zijn vergelijkbaar met een impuls belasting. De resultaten van FEMIX zijn gelijk aan de rekenresultaten van het verificatieproject (fig. 3). Transmissie van de trillingen? De bewegen - de dynamische belasting grijpt aan op het wegoppervlak. Een EEM-model zorgt voor de link tussen het belaste wegoppervlak en de grond onder de weg. De bodemopbouw wordt in FEMIX gemodelleerd met de 'Thin-Layer-Method' (TLM). Met deze 2a 3 2 Voertuig, wegoneffenheid (plaatselijke hobbel met hoogte ca. 50 mm) (a) en 2D-dynamisch model van het verificatieproject (b) [3] 3 Vergelijk resultaten FEMIX (blauw) [1] met verificatieproject (zwart) [3] voor de gegenereerde dynamische belasting op het wegoppervlak; de zwarte lijn ligt nagenoeg geheel onder de blauwe lijn 2b CEMENT 5 2020 ?25 methode wordt aangenomen dat de bodem is opgebouwd uit perfect horizontale grond- lagen. Elke grondlaag heeft specifieke dyna - mische eigenschappen, zoals stijfheid, massa, dempingsgraad en Poisson's ratio. Een trillingsveld ten gevolge van een oppervlakte-impuls verspreidt zich in de vorm van half-bollen en oppervlaktegolven. Drie belangrijke golftypes kunnen worden herkend in het trillingsveld: een drukgolf, een schuifgolf en de Rayleigh-golf. Elk type golf heeft een andere voortplantingssnelheid: de drukgolf is het snelst en is ongeveer 5 tot 10 keer sneller dan het langzaamste type, de Rayleigh-golf. De Rayleigh-golf bezit het grootste aandeel verplaatsingsenergie (> 50%) van alle golven bij elkaar en is alleen aanwezig nabij de oppervlakte van de bodemopbouw (in zachte bodems veel die- per, tot wel 15 m). Op de randen van iedere grondlaag zorgt het verschil in dynamische eigen - schappen voor refractie en reflectie van een inkomende trilling (fig. 4). Op die manier kunnen trillingen vanaf een bepaalde bron via veel verschillende 'wegen' een ontvanger bereiken. Daarbij komt nog eens dat in wer- kelijkheid de bodemlagen nooit perfect hori - zontaal zijn. Dit alles maakt het voorspellen van het trillingsveld complex. Ondanks de onzekerheden in het modelleren komen de resultaten van FEMIX goed overeen met de metingen uit het verificatieproject (fig. 5). Bodem-constructie interactie? Door de aan - wezigheid van een constructie in of op de gelaagde bodemopbouw, worden opnieuw refracties en reflecties van de trillingen veroorzaakt. De grondtrillingen nabij de constructie kunnen daardoor zowel ver- sterkt als gereduceerd worden. Daarnaast biedt de bodem weerstand aan het gebouw als dat in beweging wordt gebracht. Een stijvere bodem biedt meer weerstand. Eenzelfde effect wordt bewerk - stelligd door een paalfundering: de onder- steuning van het gebouw is stijver. De weer- stand die de bodem en de paalfundering De tool is vergeleken met een verificatie- project van de KU Leuven 4 Bolvormige voortplanting van trillingen bij impuls belasting (a) en reflectie en ?refractie van trillingen bij verschil in grondlagen (b) [6] 5 Vergelijk resultaten FEMIX (blauw) met voorspelling verificatieproject (zwart, niet-onderbroken) [3] en metingen verificatieproject (zwart, onderbroken) voor de trillingen in de bodem 4a 4b 5a 5b 26? CEMENT 5 2020 bieden aan het gebouw wordt in de literatuur beschreven als deel van de 'impedantie' (weerstand tegen trillingen) van het dynami- sche systeem. De stijfheid van de gebouwon - dersteuning heeft grote invloed op het dyna - mische gedrag van het gebouw: hoe stijver de ondersteuning, des te hoger de eigenfre- quenties zijn en des te groter de impedantie van het dynamische systeem is. Er bestaan verschillende manieren om de weerstand van de bodemopbouw en de paalfundering te modelleren. Voor EDDA - BuSgs is gekozen voor de 'substructuring'- methode waarin de stijfheid (K) en demping (C) van de bodem en de paalfundering wor- den versimpeld tot veren en viskeuze dem - pers in alle driedimensionale richtingen (fig. 6a). De waardes zijn gebaseerd op de tabellen voortkomend uit het onderzoek van prof. George Gazetas [7]. De aannames voor die tabellen zijn dat de afmetingen van de rigide constructie (2B ) klein zijn ten opzichte van de dominante golflengtes ( ?) van de tril - lingen in de bodem (2B < 1/4 ?) (fig. 6b). De ontvanger van trillingen: de gebouw- constructie? De ontvanger van de trillingen, de gebouwconstructie, is versimpeld naar een symmetrische 2D-representatie van het gebouw (fig. 7). Globaal gezien is het hele gebouw rigide en heeft daarom slechts drie vrijheidsgraden: horizontale translatie, ver- ticale translatie en rotatie. De beweging van de constructie in deze drie vrijheidsgraden wordt tegengegaan (impedantie) door de totale massa (M b) en het massatraagheids moment van de constructie (J b) en door de veren (K) en viskeuze dempers (C) in de richting van alle drie de vrijheidsgraden. De excitatie op de constructie bestaat uit de trillingen in de bodem nabij de constructie. De trillingen worden als verplaatsingen (u) en als snelheden (v ) bepaald uit de resulta - ten van FEMIX. Deze opgelegde verplaatsin - gen en snelheden van de constructie- ondersteuningen zorgen voor krachten op de constructie: K(N/m) · u(m) = F(N) en C(Ns /m) · v(m/s) = F(N). De onbekende ver- plaatsingen van het globale gebouwsysteem worden door EDDABuSgs aan de hand van de bewegingsvergelijkingen opgelost. Echter gelden de trillingseisen voor de lokale constructieonderdelen, zoals in een vloer waarop de trillingsgevoelige appara - tuur staat. In het algemeen ondervindt het lokale dynamische gedrag een opslingering ten opzichte van het globale dynamische gedrag. Daarom wordt een extra stap ge- maakt: een lokaal flexibel frame is gemodel - leerd dat volledig is ingeklemd in de funde- ring van het globale gebouw (fig. 1). Het frame is opgebouwd uit de analytische omschrijving van acht verschillende 'Euler- Bernoulli' (EB) liggerelementjes en wordt geëxciteerd door het dynamische gedrag van de globale constructie. Elke knoop van het frame krijgt daardoor een opgelegde tijdsafhankelijke verplaatsing (horizontaal en/of verticaal) en een rotatie wat resulteert in lokale trillingen in het frame. Het hori - zontale EB-element in de linker onderhoek is de vloer waarvoor een voorspelling van het dynamische gedrag gewenst is. Alle EB-elementen daaromheen zorgen voor LITERATUUR 1?TU Delft repository: http://resolver.tudelft.nl/uuid:ea2dc0fa-5cb7- 4b3d-82cb-4fc3edb6af8c. 2?FEMIX: http://www.alvaroazevedo.com/femix/, 3?Degrande, G. en Lombaert, G. (2002, februari 14). The experimental validation of a numerical model for the prediction of the vibrations in the free field produced by road traffic. Journal of Sound and Vibration 262 (2003), p. 309-331. 4?Degrande, G., Pyl, L., Lombaert, G. en Haegeman, W. (2004, december). Validation of a Source-Receiver Model for Road Traffic-Induced Vibrations in Buildings. I: Source Model. Journal of Engineering Mechanics ASCE 130(12), p. 1377-1393. 5?Degrande, G., Pyl, L. en Clouteau, D. (2004, december). Validation of a Source-Receiver Model for Road Traffic-Induced Vibrations in Buildings. II: Receiver Model. Journal of Engineering Mechanics ASCE 130(12), p. 1394-1406. 6?Spijkers, J., Vrouwenvelder, A. en Klaver, E. (2005, januari). Part I - Structural Vibrations. Structural Dynamics CT 4140. TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences. 7?Gazetas, G. (1991). Foundation Vibrations. Foundation Engineering Handook (p. 553-593). National Technical University Athens, Greece & State University of New York, Buffalo. 8?Pap, Z., & Kollár, L. (2018). Effect of Resonance in Soil-Structure Interaction for Finite Soil Layers. OnlineFirst (2018) paper 11960 https://doi. org/10.3311/PPci.11960. Budapest University of Technology and Economics, Department of Structural Engineering. 6a 6b 6 Substructuring methode voor bodem-constructie interactie (a) [8] en indicatie gebouwlengte klein ten opzichte van golflengtes (b) CEMENT 5 2020 ?27 weerstand tegen deformaties van die speci- fieke vloer. Het gebouw in het Belgische verifica - tieproject leent zich niet ideaal voor EDDA - BuSgs, omdat het door zijn lengte en con - structieve opbouw relatief flexibel is (fig. 8). Tevens is de bodem in België stijver, waar- door de golflengtes van de trillingen in de bodem korter zijn dan in de zachtere Neder- landse bodem. Dit maakt dat de constructie niet geheel als rigide kan worden geschema - tiseerd. Toch blijkt uit het vergelijk tussen de rekenresultaten van EDDABuSgs met de metingen uit het verificatieproject dat de trillingen in de vloer met relatief hoge nauw - keurigheid kunnen worden voorspeld (fig. 8). De verwachting is dat de voorspellingen nog beter zullen zijn voor zware en rigide con - structies in zachtere bodems. De rekentijd van een volledige iteratie in EDDABuSgs duurt circa 2 uur (24 minuten voor resultaten in het tijdsdomein en de overige tijd voor het vergaren van resultaten in het frequentiedomein, ten opzichte van ca. 1 week voor een zware EEM-berekening). Gevoeligheidsanalyse Na verificatie is de tool gebruikt om een ge- voeligheidsanalyse uit te voeren voor een fictieve betonnen trillingsarme gebouwcon - structie in Amsterdam. Hieruit is onder andere gebleken dat het vergroten van de globale massa en demping van het gebouw gunstige effecten hebben op het reduceren van de trillingen in de vloer. Ook het verstij- ven van de lokale vloer heeft een gunstig effect. In het algemeen resulteert een stijvere ondersteuning van het gebouw (bijv. meer funderingspalen) in een reductie van de tril - lingen in het gebouw. Echter is uit de analy - se gebleken dat een stijvere ondersteuning ook een ongunstig effect kan hebben, name- lijk wanneer de (verhoogde) eigenfrequenties van het gebouw dichter bij de fundamentele frequenties van de excitatie komen. Slotwoord Het eenvoudige tweedimensionale gebouw - model in EDDABuSgs kan met een relatief korte rekentijd betrouwbaar inzicht geven in het dynamische gedrag van gebouwcon - structies waarin trillingsgevoelige werk - zaamheden plaatsvinden. Het onderzoek laat zien dat bij een integrale beschouwing van de vier genoemde subonderdelen van het dynamische pro- bleem een betrouwbare voorspelling kan worden gedaan van het trillingsniveau van een trillingsarme vloer. Tevens kan worden geconcludeerd dat de juiste versimpelingen in een complex vraagstuk voor een specifieke situatie kunnen resulteren in een vergrote praktische inzetbaarheid van een tool. 7a 7b 8a 8b 7 Dynamisch model van de constructie in een tweedimensionaal vlak in het gebouw 8 Situatie gebouw verificatieproject België (a) [4, 5] en voorspelde vloertrilling door EDDABuSgs (blauw) en gemeten vloertrilling in het verificatieproject (zwart) (b) 28? CEMENT 5 2020 CEMENT 5 2020 ?29 Onderzoek eigenspanningen en micro scheur­ vorming PROMOTIE­ ONDERZOEK Dr.ir. Gustaaf Bouquet is gepromoveerd aan de TU Delft, fac. CiTG met het onderzoek 'Effect of relaxation on eigenstresses and microcracking in concrete under imposed deformation'. Zijn promotoren waren prof. dr.ir. Klaas van Breugel en prof.dr.ir. Erik Schlangen. Co-promotor was dr. ir.drs. René Braam. Het proefschrift is te downloaden op https:// repository.tudelft.nl. Dit artikel is tot stand gekomen dankzij aanwijzingen en advies van prof.dr.ir. Klaas van Breugel en dr.ir.drs. René Braam. 30? Relaxatie eigenspanningen 37? Microscheurvorming en krimp Aan de TU Delft is een promotieonderzoek verricht naar het effect van de relaxatie op eigenspanningen in beton ? de spanningen die het gevolg zijn van niet-lineaire temperatuur- en krimpvelden binnen een betondoorsnede ? en de invloed van microscheurvorming op de krimp. 30? CEMENT 5 2020 De door opgelegde vervormingen veroorzaakte (eigen)spanningen zijn onderhevig aan relaxatie. Voor de berekening van relaxatie van span - ningen in beton zijn rekenregels gedefini - eerd in de betonvoorschriften (Eurocode 2). Deze regels zijn geschikt voor het maken van globale inschattingen van krachten en spanningen in een betonconstructie, maar niet voor het berekenen van de relaxatie van de (eigen)spanningen in de cementsteen van beton. Deze eigenspanningen worden in de praktijk vaak buiten beschouwing gelaten in de veronderstelling dat de hierdoor veroor- zaakte bijdrage aan de scheurvorming, als gevolg van relaxatie van spanningen, ver- waarloosbaar klein is. Doel van het uitge- voerde promotieonderzoek was om span - ningen in de cementsteen van beton als gevolg van opgelegde vervormingen te bere- kenen en het effect van relaxatie op de eigen - spanningen te onderzoeken. In het onder- zoek is gekozen voor een fundamentele methode voor de berekening van relaxatie op basis van activeringsenergie. Voor nadere informatie hierover wordt verwezen naar hoofdstuk 4 in het proefschrift [1]. Opgelegde vervormingen en eigenspanningen In het onderzoek is alleen de opgelegde ver- vorming van beton als gevolg van krimp in beschouwing genomen. Onder invloed van de krimp van de cementsteen zal een beton - nen bouwdeel (vloer, wand, balk) willen ver- vormen (verkorten en eventueel krommen). Als we veronderstellen dat de vervormingen ongehinderd kunnen optreden dan zal de krimp geen spanningen tot gevolg hebben. Deze veronderstelling is alleen juist als de door de krimp veroorzaakte rekken in de DR.IR. GUSTAAF BOUQUET TU Delftauteur Effect van relaxatie op grootte van eigenspanningen Een belangrijke bron van scheurvorming in beton zijn belemmerde opgelegde vervormingen, bijvoorbeeld door temperatuurverandering en krimp. Hierbij treden doorgaans ook eigenspanningen op, die het gevolg zijn van niet-lineaire temperatuur- en krimpvelden binnen een betondoorsnede. In een promotieonderzoek [1] is het effect onderzocht van de relaxatie op deze eigenspanningen. CEMENT 5 2020 ?31 Onderzoek eigenspanningen en microscheurvorming (1) dwarsdoorsnede van het bouwdeel een line- air verloop hebben. In werkelijkheid hebben de opgelegde rekken in de doorsnede echter vrijwel altijd een niet-lineair verloop en res- teren er zogenoemde eigenspanningen in een bouwdeel, ook als dat geheel vrij kan vervormen. In figuur 1 is het verloop van spanningen ?k0(y), veroorzaakt door een ver- hinderde opgelegde vervorming, in de be- tondoorsnede weergegeven. Deze spanning kan worden opgesplitst in een spanning die constant is over de hoogte van de doorsnede ( ?N), een lineair over de hoogte verlopende spanning ( ?M,k) en een niet-lineair verlopen - de eigenspanning ( ?e,k). Schematisering beton: staafwerkmodel In het onderzoek is het beton geschemati - seerd als een driefasenmateriaal met het toeslagmateriaal in de vorm van cirkelvor- mige elementen met stijfheid E a. Alle korrels zijn ingebed in een cementsteenmatrix met stijfheid E m en treksterkte f m. Elke korrel toeslagmateriaal is omgeven door een dunne laag cementsteen (in de literatuur aangeduid als de Interfacial Transition Zone ? ITZ) met stijfheid E b en treksterkte f b (fig. 2). De cementsteen in de ITZ heeft in het alge- meen een lagere treksterkte dan de matrix en heeft daardoor een belangrijke invloed op de microscheurvorming en sterkte van beton. Om de optredende eigenspanningen en microscheurvorming te berekenen, is het beton geschematiseerd tot een tweedimen - sionaal netwerk van staafjes (lengte 1 mm) met de genoemde sterktes en stijfheden van de drie fasen (toeslagmateriaal, cement- steenmatrix en ITZ-cementsteen). Gebruik is gemaakt van een staafwerkmodel be- staande uit staafjes in een driehoekpatroon,