Ruwbouw : een thema met veel gezichten 2009/01.05

De ruwbouw kan beschouwd worden als het centrale zenuw­stelsel van het gebouw. Zowel onder als boven de grond hebben er zich de laatste jaren talloze belangrijke evoluties voorgedaan op het vlak van de bouwmethoden. Deze ontwikkelingen gingen gepaard met een explosie van de materiaalkarakteristieken en hebben tot gevolg dat de grenzen van de bouwsector dag na dag verlegd worden. De Burj Dubai, waarvan de uiteindelijke hoogte zal oplopen tot meer dan 800 m, is hier een sprekend voorbeeld van.

Evolutie van de materialen

Beton heeft zowel op het vlak van zijn bestanddelen (cement, hulpstoffen, toeslagstoffen, ...) als wat zijn karakteristieken betreft (gewapend beton, voorgespannen beton, zelfverdichtend beton, ...) een onstuitbare ontwikkeling gekend. Zo dacht men aan het eind van de jaren '80 dat het behalen van een druksterkte van 100 N/mm² een uitzonderlijke prestatie was, terwijl het tegenwoordig met bepaalde types ultrahogesterktebeton mogelijk is de waarde van 500 N/mm² te overschrijden.

Ook staal heeft een belangrijke evolutie doorgemaakt. Dit materiaal werd reeds toegepast door de Hittieten en heeft in de loop der eeuwen verschillende verbeteringen ondergaan, met een toegenomen kwaliteit als resultaat.

De geotechniek van zijn kant stond evenmin stil. De enorme evolutie in de machinebouw heeft immers geleid tot de opkomst van een aantal nieuwe geotechnische uitvoeringsmethoden. Denken we hierbij maar even aan de ontwikkeling van hoogfrequente trilblokken, grondverdringende schroefpalen van de derde generatie, zelfborende holle stangankers, nagels en micropalen en, meer recent nog, de 'soil mixing'-techniek en de aanwending van stijve insluitsels.

Ook op het gebied van metselwerk kan men de vinger leggen op enkele belangrijke technologische verbeteringen. Zo werden er aanvankelijk vooral dikke, massieve metselwerkwanden uit 'gebakken aarde' opgetrokken. Dit muurtype werd echter vervangen door spouwmuren, omdat men zich hiermee beter kon beschermen tegen waterindringing. Later werd er uit energiebesparende overwegingen veelal nog een thermisch isolatiemateriaal in de luchtspouw aangebracht, die hiermee al dan niet volledig opgevuld werd. Door de jaren heen verschenen er tevens diverse nieuwe materialen en uitvoeringsmethoden op de markt (betonblokken, cellenbeton, silicaatsteen, ...). Zo zag omstreeks 1950 het gewapende metselwerk het licht, een techniek die speciaal ontwikkeld werd om de structuur een grotere treksterkte te verlenen. Later deed ook het verlijmde metselwerk zijn intrede, wat dan weer gepaard ging met de opkomst van nieuwe plaatsingsmethoden (met het pistool of door onderdompeling). Tegenwoordig worden er zelfs systemen op punt gesteld die bestaan uit 'droog verbonden' metselstenen (zonder lijm of mortel).

Hybride draagvloeren

Proefpost ter bepaling van de vorstbestendigheid van gevelmetselwerk.
Naast het vervullen van hun dragende functie, herbergen draagvloeren reeds van oudsher allerhande spitsvondigheden. Denken we hierbij maar aan het antiek Romeinse hypocaustum, een verwarmingssysteem op kleine pijlertjes uit baksteen, waarmee ene Gaius Sergius Orata zijn visvijvers opwarmde.

In onze contreien werden draagvloeren aanvankelijk opgebouwd uit hout, een mate­riaal dat vrij makkelijk te vinden was tegen een aanvaardbare kostprijs. Met het verschijnen van het gewapende beton aan het einde van de 19e eeuw en van het voorgespannen beton omstreeks 1928, verdween het gebruik van dergelijke houten draagvloeren naar de achtergrond en werd de betonnen draagvloer een vaste waarde. Na de Tweede Wereldoorlog deed de geprefabriceerde draagvloer zijn intrede. Het potentieel van deze holle welfsels en breedvloerplaten wekte vrij snel de interesse van de aannemers op. Het feit dat deze oplossingen een zeer hoge plaatsingssnelheid vertonen (met alle tijdwinst van dien) en niet noodzakelijk een bekisting vereisen, was hier uiteraard niet vreemd aan.

Ten tijde van de industrialisering werden er ook voor de traditionele draagvloer uit massief hout een aantal interessante oplossingen ontwikkeld. Denken we maar even aan de opkomst van draagvloeren uit gelamelleerd hout (LVL), gelijmd-gelamelleerd hout, OSB, multiplex, ..., waarvan het plaatsingsgemak en het beperkte gewicht onweerlegbare troeven te bieden hebben.

Een andere tendens die de kop opstak, was deze van de hybride draagvloer, die vooral in de renovatiesector uitermate goed van pas komt. Zo resulteert de verbinding van een betonnen dekvloer met een houten draagvloer in een hout-betonvloer met een verbeterde stijfheid. Ook staal-betonvloeren (die bestaan uit een betonlaag op een meewerkende bekisting) hebben tal van voordelen in petto. De geometrische modellering van de staalplaten aan de hand van de eindige-elementenmethode heeft in deze context geleid tot een grotere stabiliteit tijdens het storten van het beton.

Vanuit een meer globale visie op de bouw­systemen werd in 2002 de TV 223 over draagvloeren in de niet-industriële sector gepubliceerd. Hierin ging de aandacht uit naar de kwaliteit en de keuze van het vloertype, afhankelijk van de gewenste prestaties. Verder werden de in ons land meest gebruikte vloertypes voorgesteld en werden aanbevelingen geformuleerd voor hun plaatsing. Diezelfde globale visie kwam eveneens tot uiting bij de opstelling van de TV 231, gewijd aan de herstelling en bescherming van beton.

Vezels in plaats van staven

Naast het klassieke met staven gewapende beton verscheen aan het begin van de jaren '70 ook het vezelgewapende beton ten tonele, dat uitgroeide tot een vaste waarde in cementgebonden bedrijfsvloeren. Door het ontbreken van algemeen aanvaarde rekenregels bleef het gebruik van dit innovatieve materiaal evenwel lange tijd beperkt tot voornoemd vloertype en tot enkele geprefabriceerde elementen. De laatste jaren werd er echter een aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van de rekenmethoden, zodat deze techniek tegenwoordig ook zijn ingang begint te vinden in andere toepassingen (bv. draagvloeren).

Duurzaamheid

Het Technisch Comité 'Ruwbouw' levert reeds vanaf de oprichting van het WTCB grote inspanningen om de bouwsector in te lichten over de recentste stand van zaken op dit gebied. Zo was de Technische Voorlichting nr. 2 volledig gewijd aan de controle van de vloeibaarheid van vers beton en werd in de TV 3 dieper ingegaan op de controle van de druksterkte van verhard beton op kubussen. Het betreft hier immers twee betoneigenschappen die essentieel zijn voor de kwaliteit van de uitvoering. Ook onderwerpen zoals gewapend beton en voorgespannen beton nemen al jaar en dag een cruciale plaats in binnen de activiteiten van het Technisch Comité. Dit mag blijken uit het grote aantal publicaties dat er in de loop der jaren aan gewijd werd.

Een ander bevoorrecht onderzoeksthema betreft de duurzaamheid van beton. Zo werd er reeds in de jaren '60 een publicatie gewijd aan de bestandheid van beton tegen agressief water, een thema dat van groot belang is voor de sector van de waterzuivering.

De bekistingstechnieken bleven evenmin onbehandeld. Ze kwamen immers aan bod in verschillende Technische Voorlichtingen en hebben een aantal grondige evoluties ondergaan, wat bijgedragen heeft tot een ingrijpende verbetering van de bouwmethoden.

Wat de wapeningstechnieken betreft, publiceerde het WTCB in 1969 zijn TV 78 'Plaatsing en bevestiging van de wapeningen in de bekistingen'. Dit document werd in 2000 vervangen door de TV 217 'Vlechtwerk voor gewapend beton' waarin rekening gehouden werd met de principes van de inmiddels verschenen Eurocode 2. In 1981 rolde een andere belangrijke publicatie van de pers die opgesteld werd in samenwerking met het CBLIA (het huidige Infosteel). Dit document besprak de eigenschappen van betonstaal en vormde een catalogus van de Belgische en Luxemburgse staalproducten.

Op het gebied van prefabricage ging de belangstelling niet alleen uit naar betonnen draagvloeren, maar maakten ook de geprefabriceerde betonnen gevelelementen hun opwachting. Het WTCB-onderzoek hieromtrent was onder meer toegespitst op de kleurschakeringen van elementen uit sierbeton.

Recyclage

Ook de afbraaktechnieken voor betonconstructies hebben intussen aanleiding gegeven tot de opstelling van een Technische Voorlichting, met de nodige aandacht voor het thema recyclage.

Om alle bij het bouwproces betrokken partijen in te lichten over de gebruiksmogelijkheden van kringloopproducten werd aan het einde van de jaren '90 op de terreinen van het WTCB-proefstation te Limelette een gebouw opgericht dat bijna uitsluitend bestond uit gerecycleerde materialen.

Eerder had het WTCB al zijn medewerking verleend aan een studie naar de recyclagemogelijkheden van het puin van de in 1980 door een aardbeving verwoeste Algerijnse stad El Asnam. Naar aanleiding van de aardschok die in oktober 2005 het noorden van Pakistan teisterde, werd een gelijkaardig initiatief opgezet.

Een Technisch Comité met diepgang

Testen van grondankers op reële schaal.
Dat het Centrum uiterst actief is op het vlak van de grondmechanica, mag blijken uit het feit dat er in de schoot van het Technisch Comité 'Ruwbouw' reeds in 1967 een formele werkgroep opgericht werd met als taak om de onderzoeken in dit domein te sturen.

Een van de eerste wapenfeiten van deze werkgroep was de opstelling van de TV 58, waarin het principe ter bepaling van het draagvermogen van funderingen met een statisch diep­sondeerapparaat uitgelegd werd, een methode die zou uitgroeien tot de standaard in België.

Verder passeerden verschillende funderings- en beschoeiingstechnieken de revue en werd er - in samenspraak met het Technisch Comité 'Dichtingswerken' - onderzoek gevoerd naar de bescherming van ingegraven constructies tegen vocht.

Andere publicaties hadden dan weer betrekking op de uitvoering van diverse grondonderzoeksmethoden, de interpretatie van de onderzoeksresultaten, de nieuwste geotechnische technieken en uitvoeringsprocedés, ...

Aan het begin van de jaren '90 werden er binnen het TC 'Ruwbouw' nog een aantal andere specifieke werkgroepen opgericht, met bijzondere interesse voor onderzoeksthema's zoals de Eurocode 7, de stabiliteit van taluds en onverzadigde gronden, damwanden, schroefpalen, ankers en beschoeiingstechnieken.

Binnen de werkgroep 'Eurocode 7' wordt momenteel een document gefinaliseerd over de toepassing van de Eurocode 7 in België voor het ontwerp van axiaal belaste palen op basis van statische diepsonderingen. In een ander technisch rapport (in voorbereiding) wordt tenslotte dieper ingegaan op bemalingen (voor het verlagen van de grondwaterstand).

Deze werkgroepen verlenen niet alleen hun steun aan de opstelling van publicaties, maar werken tevens mee aan de organisatie van nationale en internationale symposia waarin de geotechniek centraal staat.

De spouwmuur

Gelet op het feit dat scheurvorming in al dan niet dragend metselwerk een redelijk vaak voorkomende pathologie is, werd er binnen het WTCB een volledige Technische Voorlichting gewijd aan dit onderwerp. Ook aan de spouwmuur, die in het verleden furore maakte omwille van zijn betere regendichtheid, werd de nodige aandacht besteed (thermische isolatie, verbinding van het binnen- en buitenspouwblad, ...).

Door het op de markt komen van nieuwe types metselwerkstenen groeide de noodzaak om op zoek te gaan naar specifieke uitvoeringsrichtlijnen ter verbetering van de vorstbestendigheid van het gevelmetselwerk (bv. interactie steen-stelmortel). Onder invloed van de architecturale voorkeur voor alsmaar grotere overspanningen werd voorts onderzoek verricht naar innovatieve wapenings- en verlijmingsmethoden voor metselwerk.

Rekenmethoden

Naast de uitvoeringsmethoden en de product­eigenschappen komen ook de berekeningstechnieken aan bod binnen het WTCB. Zo werd in de TV 68 de berekening van de vloerbelasting uit de doeken gedaan. Aangezien de ruwbouw fungeert als ondergrond voor de afbouw, mocht een TV over de toelaatbare vervorming in gebouwen evenmin op het appel ontbreken.

Dat de WTCB-activiteiten in dit domein de sector zeer ten goede komen, staat buiten kijf. Elk nieuw materiaal vereist immers een aangepaste rekenmethodiek. De opkomst van de informatica heeft in deze context een groot aantal perspectieven geopend.

Toekomstige ontwikkelingen ?

Demonteerbare gevel, synoniem voor flexibiliteit.
Het ligt in de lijn van de verwachtingen dat er nog een heleboel grondige evoluties op stapel staan op het gebied van de ruwbouwmaterialen. Zo zou het gebruik van ultrahogesterktebeton in bepaalde toepassingen kunnen leiden tot een globale consolidering van deze technologie in ons land en zou de frequente aanwending van zelfverdichtend beton gepaard kunnen gaan met een toename van het uitvoeringsgemak.

Door de ontwikkeling van materialen met een betere vervormbaarheid (de engineered cementitious composites of ECC) zou het tevens mogelijk moeten worden grotere vervormingen op te nemen zonder dat er breuk optreedt.

Op het vlak van de duurzaamheid bestaat er eveneens een geweldig innovatiepotentieel. Denken we hierbij maar aan de recente ontwikkeling van ultrahogesterktebeton, met zijn uiterst lage porositeit. Andere mogelijkheden ter verbetering van de duurzaamheid van beton liggen in de gecontroleerde toevoeging van corrosieremmers, de aanpassing van de cementkeuze naargelang van de toepassing, ...

De materialen van de toekomst zullen waarschijnlijk ook lichter, zelfherstellend en beter recycleerbaar zijn en misschien zelfs luchtzuiverende eigenschappen kunnen vertonen.

Op langere termijn zouden we de opgang kunnen meemaken van kunststofmaterialen in de dragende elementen, of ruimtevaartechnieken kunnen zien verschijnen in de ruwbouwfase. Deze intelligente structuren zouden ons - via ingebouwde sensoren - bijvoorbeeld kunnen informeren over de staat waarin ze zich bevinden en zich zonodig kunnen aanpassen aan de gewenste prestaties.

Wat zal er onder de grond gebeuren ?

Ook wat de ondergrondse constructies betreft, mag men zich verwachten aan een hele reeks innovatieve ontwikkelingen. Door het prangende plaatstekort komt er immers steeds meer aandacht voor de optimale benutting van de beschikbare ruimte (met inbegrip van de ondergrond). De werkzaamheden zouden bovendien gepaard moeten gaan met een minimale hinder ten aanzien van de omgeving en de werknemers.

De gestage inburgering van de Eurocode 7 zal dan weer op middellange termijn aanleiding geven tot een consolidering van de Europese harmonisatie, wat het concurrentievermogen van de Europese bedrijven kan versterken.

Op het gebied van de geotechniek zullen er waarschijnlijk een aantal nieuwe ontwerpmethodieken (bv. op basis van voorafgaandelijke proeven of risicoanalyses) en geavanceerde, betrouwbare en betaalbare monitoringtechnieken (langetermijnmonitoring, ...) hun opgang maken.

Daarnaast verwacht men zich aan de introductie van talloze nieuwe materialen in de funderingselementen, teneinde hun structurele prestaties te verbeteren, het risico op wapeningscorrosie te beperken, de totale levensduur te verhogen, ... en worden er belangrijke ontwikkelingen voorspeld in het domein van de grondverstevigings- en grondverbeteringstechnieken (bv. hergebruik van slib).

Aanpasbaar bouwen met geprefabriceerde elementen

De toekomstige ontwikkelingen op het vlak van de metselwerkproducten en -technieken zullen naar alle waarschijnlijkheid toegespitst zijn op de verbetering van hun thermische prestaties en hun zelfreinigende eigenschappen.

Gelet op de toenemende isolatiediktes, zal men vermoedelijk ook een terugkeer zien van de langs buiten afgewerkte en geïsoleerde massieve buitenwand uit metselwerk.

Daarnaast behoort ook een verder doorgedreven prefabricage (bv. kant-en-klare buitenwanden uit metselwerk) tot de mogelijkheden. Het is overigens aannemelijk dat deze tendens zich zal doorzetten in de volledige ruwbouwsector. Het is bijgevolg mogelijk dat de werkzaamheden op de bouwplaats zich meer en meer zullen gaan toespitsen op de assemblering van vooraf in het atelier vervaardigde ruwbouwelementen. Deze elementen zouden bovendien zodanig opgevat kunnen worden dat men komt tot aanpasbare gebouwen met een flexibele ruimte-indeling.