drs.R.l.Y.Meewislicentiaat in de Pers- en Communicatiewe-tenschappen enscheepsontwerper, Nieu-werkerkOntwikkeling va.n ferroce?menten spec.if.ieke toepassingen inde kleine scheepsbouw1. Inleiding'Ferriciment'is de naam die de FransmanLambot in 1854 gaf aan de toen nieuwe ce-menttoepassing in de kleine scheepsbouw:een dunne zelfdragende huid, opgebouwduiteen stalen 'breiwerk' -een rasterofskeletontstaan door aan weerszijden van beton?ijzers drie, vier of meer lagen gaas aan tebrengen - dat, zowel in- als uitwendig dooreen cementspecie is omgeven. Dit ijzer-vlechtwerkkon zowel zonder mal wordengemaakt, waarbij de vorm van descheepsromp werd geformeerd rond eensupportconstructie, als met behulp van eenbinnen- ofbuitenmal. 'Wat in de 1geeeuw al opviel was, dat de bootsteeds droog bleef, in tegenstelling tot hou-ten boten. Het materiaal was echter zwaarende kennis omtrent de vervaardiging te inge-wikkeld, om te kunnen concurreren met heteeuwenoude vertrouwde hout, het toenvooral in Nederland zo populaire staal en deveel later ontstane hoog technologische'plastics'.Het dunwandige beton zou laterbekend wor-den onder de naam ferrocement. De Italiaan-se ingenieur Pier Luigi Nervi, geboren in1891 haalde het uit het vergeetboek enbouwde in de jaren veertig een 165-ton we?gend motorjacht, 'Irene' genaamd. De toe-passi'1g werd 10 jaar later overgenomendoor de bouwers van kleine schepen inNieuw-Zeeland en Australi?. De Nieuw-Zeelander Harley verwierf tot in Europa be-kendheid als bouwer van ferrocement jach-ten en als verkoper van doe-het-zelftekenin-gen op ware grootte. Daarna volgden Cana-da met onder andere Samson Marine, Ameri-ka en Groot-Brittanni?.In Nederland wordt de in 1887 gebouwderoeiboot van ferrocement als de eerste be-tontoepassing beschouwd. Deze roeibootheeft lange tijd in een vijver van de Amster-damse dierentuin Artis gelegen en verkeertnog steeds ingoede staat, waterdicht enklaar voor gebruik, na bijna honderd jaar!Sinds enkele jaren bestaat in ons land eenscheepswerf, Ferrocem in Schiedam, waarbekwame scheepsbouwers regelmatig fer-rocement casco's fabriceren.2. Voor- en nadelen van ferrocement voorde scheepsbouwHet materiaal heeft zowel voor- als nadelen.De belangrijkste nadelen zijn, dat het pro-Cement XXXIII (1981) nr. 7ductieproces nogal arbeidsintensief is en denormale scheepsontwerpen niet zijn afge-stemd op de eigenschappen van dunwandigbeton.Als voordelen gelden onder meer de relatieflage materiaalkosten, het eenvoudige hulp-materieel en de eigenschappen van gewa-pend beton die ook voor ferrocement vantoepassing zijn. Reparaties, bijvoorbeeld naaanvaring, zijn eenvoudig te realiseren.In vergelijking metstaal en hout vraagtferro-cement weinig ofgeen onderhoud. Er is eenruimtewinst tot 8% doordat het materiaal bijde afgestemde ontwerpen geen spantenheeft, terwijl de isolatie minder dik hoeft tezijn. Lange levensduuren een sterkte die nietafneemt in de loop der jaren (vgl. met polyes-ter waarbij osmose een probleem is), weinigdampvorming, goede eigenschappen tegenvibratie, alsmede explosie- en vuurbesten-digheid zijn de voornaamste positieveeigen-schappen. Tevens is een kostenbesparingop romp en binneninrichting mogelijk. AInaargelang het doel, de vorm en de wijzevanbouwen van het schip, kan deze oplopen tot35%.We moeten voor ogen houden dat de sterktevan ferrocement casco's wordt ontleend aande sterkte van romp en eventueel dek, integenstelling tot de materiaalsterkte bij staalen hout.Elkeonderbreking indeopbouwvanhet staalnetwerk kan een spanningszoneveroorzaken. Bij aanvaring of zware belas?ting vormen dit de zwakke plaatsen.De bevestiging vanferrocement-schotten inde romphuid gebeurt optimaal wanneer er-voorwordt gezorgd, datop plaatsen waar hetwapeningsstaal uit het schot in hetvlechtwerk van de romp wordt opgenomen,geen grotere concentratie aan staal ontstaatdan in de rest van de huid. Harde 'spots'moeten worden vermeden.Als scheepsbouw in staal en hout te vergelij-ken is met een geraamte waarop een huidwordt aangebracht, dan is ferrocement tevergel ijken meteen zelfdragend skelet, zoalsdat van krab of kreeft. Alleen wanneer vanafhet beginstadium bij het ontwerpen met ditgegeven rekening wordt gehouden, werkende voordelen van ferrocement mee aan hetrealiseren van een sterk, duurzaam en even-tueel gemakkelijk te repareren schip.4633. Mechanische eigenschappen vanferrocement3.1. Recente ontwikkelingenDe jongste ontwikkelingen betreffen hetdunner worden van de scheepshuid waar-door aan gewicht wordt bespaard (dat blijktmede uit de kano's die deelnemen aan dejaarlijkse betonkanoraces).ln de jaren 1965-1970 schommelde het gewicht van ??n m2ferrocement tussen 50en 60 kg, onafhanke-lijk van de grootte van het schip. Uit de prak-tijk en ook doorproeven is men tot het besefgekomen dat het gewicht van de huid (dusdedikte) in wezen weinig of niets aan de sterktebijdraagt. Deze sterkte wordt grotendeelsbepaald door de vorm en de gelijkmatigeopbouw van de huid.Sinds het gewone goedkope, hexagonalekippegaas grotendeels is vervangen doorgepuntlast gegalvaniseerd gaas met kleineopening, is de sterkte aanzienlijk toegeno-men. De opbouw van de mortelspecie vereisteveneens de volle aandacht; het zand bij-voorbeeld moet qua korrelopbouw nauw-keurig worden samengesteld. In het alge-meen wordt gewerkt met 1 deel cement op 2delen zand.De verfijning in de ferrocement toepassingkomt het best tot uiting in een studie over deberekening van de benodigde huidsterktevoor verschillende scheepstypes; de te ver-wachten belasting en de uitrusting van hetschip zijn daarbij de randvoorwaarden.Plaatselijke belasting van de huid moet overeen zo groot mogelijk oppervlak worden ver-deeld. De aard en de richting van die belas-ting zijn van invloed op het staalgewicht en-diameter, het specifieke staaloppervlak ende verhouding van staal tot constructiedikte.Meestal wordt uitgegaan van een huiddiktevan 25mm.Bij de berekeningen wordt ferrocement be-schouwd als een composietmateriaal: eenmatrixmet een inwendige versterking en zo-danige onderlinge verbondenheid dat eennieuw materiaal ontstaat met betere kwali-teiten dan de samengestelde materialen af-zonderlijk. Bij ferrocement wordt de matrixgevormd door de mortel, inwendig versterktdoor het gaas. De verschillende soortengaas, die gebruikt worden, zijn: hexagonaalgaas, vierkant gepuntlast gaas, vierkant ge-weven gaas, ge?xpandeerd materiaal en ver?schillende gepatenteerde soorten gaas, allemeteen draaddiametervan minderdan 1mm27602070 --- :55204.1. Ontwerpen voor ferrocement-schepenHet aanbod van tekeningen en ontwerpenvoor pleziervaartuigen, vissersschepen enwerkbootjesin ferrocementis groot. Sommi-ge firma's namen het niet zo nauw met deverkoop van hun plannen en brachten heelwat amateurbouwers in grote moeilijkhedendoor onvolledig uitgewerkte tekeningen enontoereikende toelichtingen. Het mislukkenvan versch ilIende zelf gebouwde casco'sbe-zorgde het ferrocement een slechtereputatie.Ferrocement vereist een op het materiaalafgestemd ontwerp. Veel zeilers verkiezende klassieke ontwerpen, gebaseerd op descheepsbouw in hout of staal. Een voorbeeldvan een klassiek ferrocement-ontwerp is deHilka. Figuur 2 toont het lijnenplan van ditkleine pleziervaartuig. De benamingen vande projecties en lijnen waaruit hetl?jnenplanis samengesteld zijn aangegeven. Figuur 3geeft het algemene plan van de Hilka metafmetingen.L1oyd's, DetNorske Veritase.a. scheepsklas-sificatiebureaus hebben voorlopige voor?schriften waaraan bouwen ontwerp inferro-cement moeten beantwoorden alvorens de-ze bureaus een schip opnemen in hun regis?ter en een klassificatiecertificaat uitreiken.Het aantal vissersschepen gebouwd in terro-cement is zeer groot. De meeste vinden we inde ontwikkelingslanden en Noorwegen.De 'Food and Agriculture Organisation' vande UNESCO is de promotor van talloze pro-jecten in ontwikkelingslanden.De schepen, in het hierna volgende om?schreven, zijn speciaal ontworpen voor debouw in ferrocement. De Compac M en Z-reeks zijn respectievelijk motor-en zeilsche-pen; de MZ-reeks een combinatie van beide.4. Toepassing van ferrocementFerrocement heeft een groter toepassings-gebied dan alleen de kleine scheepsbouw.De meeste andere toepassingen kwamen totstand in ontwikkelingslanden.Zo wordt ferrocement onder meer gebruiktvoor opslagtanks van voedsel en vloeistof-fen, vergaarbakken, irrigatieleidingen,ovens en open haarden, geprefabriceerdeonderdelen voor huizen, bekistingen voorgewapend beton, panelen voor zonne-energie, zwembaden en fonteinen.Een unieke toepassing van ferrocement, dievele levens kan redden in gebieden die (re-gelmatig) worden overstroomd betreft debouw van vlotten. Deze drijvende en veran-kerde platforms bezitten waterdichte kastenom er voedsel en eerste-hulpbenodigdhe-den in te bergen. Aan het dek zijn bevesti-gingspunten gemaakt voor het opzetten vantenten of andere beschuttingen tegen hetweer.3.3. Stootweerstand en materiaalmoeheidFerrocement staat bekend om zijn grotestootweerstand. Het aspect van mate-riaalmoeheid echter kan een begrenzingstellen aan de anders grote toelaatbare be?lasting waaraan ferrocement zou kunnenworden onderworpen. Geconstateerd is na-melijk dat de scheurbreedte exponentieeltoeneemt met hetaantal herhalingen van eenconstante belasting.Het gedrag van een plaat ferrocement bijbuiging vertoont de normale karakteristie?ken van een materiaal dat aan deze vorm vanbelasting wordt onderworpen. Daar het wa-peningsstaal, waartegen het gaas isaange-bracht, zich in het midden van de plaat be-vindt is de bijdrage aan de buigsterkte in hetelastisch gebied nihil. Bij maximale belas-ting daarentegen levert het 'staalskelet' tocheen sterktebijdrage, op voorwaarde dat geenslip optreedt tussen de mortel en het wape-ningsstaal.Wanneer de trek verdertoeneemt, worden descheuren breder. Het aantal scheurtjes blijftgelijk maar de mortel vervormt sterk door hetwijder worden van de scheuren. Het compo-sietgedrag blijft bestaan tot een scheur-breedtevan ca. 100 micron is bereikt. Hiernawordt de trekkracht bepaald door het gaas.werpen van constructies wordt aangeradenuitte gaan vaneen maximaledruksterkte, diegelijk is aan die van mortel zonderwapening.Sommige onderzoekers hebben vastgestelddat de maximale druksterkte kleiner is dandie van mortel, namelijk 0,85 fc' waarbij fc' =de maximale druksterkte van ongewapendemortel.De ge?dealiseerde grafiek (fig. 1) toont hetgedrag van ferrocement onder trek. De fac-toren die het verloopvan de grafiek bepalenzijn hetsoortgaas,deori?ntatievan hetgaas,de hoeveelheid wapening en de treksterktevan de matrix. De lineaire- en quasi-lineaireelasticiteit vormen samen het gebied waar-binnen constructies van ferrocement opti-maal functioneren.Er bestaat een lineaire relatie tussen de trek-sterkte van het composieten de specifiekeoppervlakte van het staal (SLl:1 cm2 1cm3"" SL "" 2,5 cm2I cm3(4)Deze hoge waarde voor despecifieke opper-vlakte van staal in ferrocement zorgt ervoordat bij eenzelfde belasting de scheurtjessmaller zijn en dichter bij elkaar liggen (5).De afstand en de breedte van de scheurtjesworden be?nvloed door: het wapeningsper-centage, de slipco?ffici?nt, (de aanhechtingtussen matrix en gaas) en de treksterkte vande mortel (6).>100700t1~0 200 300E. x 10" 500SIschefasequasi al allelastische vervormings-elastisch ?6:g vervormingsfase fasebereik .?-;Iwater- ....-5 niet-corrosief ,corrosief~~~~'l' 0d\:":i\ 50-100?~~ 20 50E.2~1Ferrocement onder trekbelastingI=; 4140E:J~ 3450lil48303.2. Het gedrag van ferrocement onder be-lasting (1, 2, 3)Er zijn veel sterkteproeven verricht op vlakkepanelen, voornamelijk in ontwikkelingslan-den. Slechts enkeleonderzoekingen hieldenzich bezig met geconcentreerde belastingop holle cilindervormige proefstukken. Hetonderzoek naar belasting van ruimtelijkevormen is nog een braakliggend terrein endaarom dringend noodzakelijk.In het volgende wordt een samenvatting ge-geven van hetgeen bekend is overhet gedragvan ferrocement onder diverse belastingen.Tevens worden de resultaten van verschil-lende proeven op vlakke platen besproken.Binnen bepaalde belastingsgrenzen ge-draagt ferrocement zich als een homogeenelastisch materiaal. Het mechanisch gedragvan ferrocement wordt grotendeels bepaalddoor type, hoeveelheid, ori?ntatie en sterk-te-eigenschappen van het gaasen het wape-ningsstaal.en eengaasopening vari?rend van 6 tot 25mmoMet redelijke zekerheid kan worden aange-nomen datferrocement onder druk zich (bij-na) gedraagt als ongewapende mortel. Maaruit talrijke experimenten blijkt dat de elasti-citeitsmodulus onder druk toeneemt naar-mate de hoeveelheid staal binnen de matrixgroter wordt. De keuze van het gaas is ookhier van belang; gepuntlast gegalvaniseerdgaas !'leeft de beste resultaten. Bij het ont-Tot zover enkele eigenschappen en kenmer-ken van ferrocement. Van belang zijn verderde kruip, de krimp, de levensduur, de corro-sie en de galvanische problemen zoalswaterstofgas-ontwikkeling en elektrolyse.Interessant is voorts de ontwikkeling vanstaalvezels in combinatie met ferrocement,met het oog op de beperking van aantal enbreedte van de scheurtjes (7).5. De Compac-serieDe Compac-serie is gegroeid uiteen project-onderzoek naar een motor- enlof zeilschipvan goede kwaliteit met kleine bemanningom een internationaal Informatie- en Com-municatiecentrum te herbergen. Dit cen-trum houdt zich bezig met de culturele uit-wisseling tussen ontwikkelingslanden en dege?ndustrialiseerde wereld doormiddel vanCement XXXIII (1981) nr. 7 464abGrootspant is de verticale dwarsdoorsnedevan de romp waar het ondergedompeldegedeelte de grootste breedte heeft., ? 'ssp nteni houd krommeHILKA I1.0,0.: a,10mtW.I.: 7,15mbr.:3,10 mdpg.1,25 mwaterverplaatsing: 5 tonzeilopp.: 39m2diepgangen zonder dat de aanvangsstabili-teit te groot wordt, onder meer dank zij hetellipsvormig grootspant. Nauwkeurige sta-biliteitsberekeningen worden met behulpvan een microprocessor uitgevoerd.De rompvorm van het zeilschip in de Z?serie,d c b a ~r-.,~!I= d c ;--7------- ----I I \?._L I II J .-' ?l\ \F\~-",r;.. JiEJIUlll. ____.-t .-I I /7~-- - A-I \ \ \~~ J - j/ / / 1/\ \ \ \ Je N . /\ \'"*I /103 / / 1/ tJ7 I\" " '>< 4 5 B ./' l-