Onderzoek hergebruik prefab beton In internationaal project ReCreate worden mogelijkheden onderzocht van hergebruik van prefab-betonelementen 1 Kanaalplaten die uit het Prinsenhofgebouw zijn gehesen 1 14? CEMENT 7 20 23 Betonconstructies zijn vaak veel langer in staat om de constructie- ve veiligheid te borgen dan dat het gebouw waarin ze zijn gebruikt, in stand wordt gehouden [1]. Binnen een gebouw zijn betonconstructies zeer durable (zie kader). Gelet op een wenselijk sus tainable gebruik van grondstoffen, is het noodzakelijk om bij nieuw te vervaardigen gebouwen zo veel als mogelijk gebruik te maken van reeds beschikbare constructies en constructieve elementen. Activiteiten op dit vlak vinden op veel fronten plaats, zie bijvoorbeeld [2], CB'23 en de werkgroep Hergebruik van constructieve elementen van NEN. Door een samenwerking van vier uni - versiteiten, uit Finland, Zweden, Duitsland en N ederland, en daarbij aangesloten commer - ciële partners, wordt in het door de EU ge - subsidieerde Horizon 2020 project ReCreate, onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden van het hergebruiken van geprefabriceerde betonelementen in nieuwe constructies (zie https://recreate-project.eu/). De universitei - ten zijn Tampere University uit Finland, KTH uit Z weden, Brandenburgische Tech - nischhe Universität uit Duitsland en de T echnische Universiteit Eindhoven (TU/e). Naast de TU/e zijn in Nederland ook TNO, IMd Raadgevend Ingenieurs, VBI en demon- tagebedrijf Lagemaat Circulair bij dit onder- zoeksproject aangesloten. Doel van het project is om het herge- bruik van prefab-betonelementen te promo- ten en hierbij over een breedspectrum, zo wel technisch inhoudelijk als maatschappelijk, te trachten nuttige kennis te vergaren en beschikbaar te maken. Structuur van het project De activiteiten in het project zijn onderver- deeld in verschillende werkpakketen (WP). Deze werkpakketen richten zich op de tech- nisch inhoudelijke achtergronden (WP1 t/m WP5), maar ook op andere relevante zaken zoals milieuaspecten (WP6), bedrijfsmatige aspecten (WP7) en maatschappelijke vraag- stukken (WP8). Tot slot wordt communicatie rondom het project gecoördineerd in WP9 en wordt het projectmanagement gestuurd vanuit WP10 (fig. 2). Naast het uit te voeren onderzoek worden in de vier landen ook pilotprojecten (modelprojecten) uitgevoerd. Hierbij worden prefab-betonconstructies gedemonteerd en (een deel van) de daarbij verkregen elemen- ten vervolgens toegepast in een nieuw te vervaardigen constructie. In Nederland wordt het proefproject uitgevoerd door Lagemaat Circulair. Zij hebben in het afgelo- pen jaar het Prinsenhofkantoor van de pro- vincie Gelderland in Arnhem gedemonteerd. De daaruit gewonnen prefab-betonelemen- ten zijn opgeslagen bij hun werf in Heerde. Deze elementen zullen worden gebruikt voor de nieuwbouw van hun eigen kennis- centrum, dat op dit moment door cepezed wordt ontworpen en waarvoor IMd het con- structief ontwerp maakt. PROF.IR. SIMON WIJTE TU/e en Adviesbureau Hageman IR. MARCEL VULLINGS TNO IR. THIJS LAMBRECHTS T U /e auteurs Er vindt op diverse terreinen, nationaal en internationaal, onderzoek plaats naar de mogelijkheden om bestaande betonnen elementen te hergebruiken en toepassing ervan op te schalen. Zo is er ReCreate, een vierjarige internationaal project waarin onderzoek wordt gedaan en kennis wordt uitgewisseld over het hergebruik van prefab-betonconstructies. CEMENT 7 2023 ?15 WP10 Projectmanagement, technische en wetenschappelijke coördinatie en ethiek WP1 Inventarisatie van prefab -betonnen bouwsystemen WP6 Potentie van energiebesparing en behalen van klimaatdoelstellingen WP7 Exploratie, ontwikkeling van businessmodellen en cases WP8 Sociale acceptatie en beleidsmatige randvoorwaarden WP9 Kennisdeling en -verspreiding, training en communicatie WP2 Deconstructie WP3 Screening, logistiek en verwerking WP4 Kwaliteitscontrole en bewaking WP5 Ontwerp en vervaardiging ReCreate pilotprojecten in Finland, Zweden, Duitsland en Nederland Technisch inhoudelijke onderzoek Werkpakket 1 richt zich op het beschrijven van de prefab systemen die in de verschil- lende landen worden gebruikt. In Nederland is er slechts beperkt sprake van alles omvat- tende prefab systemen die op een nagenoeg identieke wijze in meerdere gebouwen zijn toegepast. In andere landen, en vooral die in het voormalige Oostblok, is dit wel het geval. Daar zijn met name woongebouwen gebouwd waarin identieke prefab-betonnen elementen zijn toegepast. Het doel van werkpakket 1 is om veel van deze systemen beschreven te krijgen. Hierbij wordt ook gekeken buiten de vier participerende landen. De demontage van constructies opge- bouwd uit prefab-betonelementen wordt beschouwd in werkpakket 2. Hierbij wordt gekeken naar methoden van demontage, maar ook naar de voorbereiding van het demontageproces. BIM-model? Bij de voorbereiding van het demontageproces is het van belang alle be- schikbare informatie over de elementen te verzamelen en te koppelen aan het betref- fende element. Hiervoor moet een marke- ring op het element worden aangebracht. Op het moment dat het element is gedemon- teerd, is namelijk niet meer eenduidig vast te stellen welke element het is. De voorberei- ding van het demontageproces en het kop- pelen van gegevens aan de elementen is bijvoorbeeld goed mogelijk door van de con- structie van het te demonteren gebouw een BIM-model te maken [3]. In dit BIM-model kan alle relevante data worden verzameld en op een digitale wijze worden verbonden met het fysieke element en zijn markering. Het gecreëerde BIM-model kan bijvoorbeeld worden geverifieerd door dit te vergelijken met een puntenwolk (pointcloud) die via een 3D-imagescan is vervaardigd (fig. 3). Het BIM-model kan vervolgens ook worden ge- bruikt om het overleg over de wijze van de- monteren en volgorde tussen constructeur en demontagebedrijf te ondersteunen, en voor de medewerkers van het demontage- bedrijf inzichtelijk te maken. Labelen? Zoals gesteld is de koppeling tus- sen het fysieke element en de beschikbare data essentieel om het element zijn con- structieve en financiële waarde te laten be- houden. Om deze koppeling te behouden moeten de elementen worden gelabeld. Dit kan op verschillende manieren. In werkpak- ket 3 worden deze verschillende technieken 2 Opzet ReCreate-onderzoek DUURZAAM / DURABLE / SUSTAINABLE In het Nederlands wordt het begrip duur- zaam zowel gebruikt om aan te geven dat iets voldoende lang in staat is om zijn functie te vervullen (durable), als om aan te geven dat om een verstandige wijze met grondstoffen, vervuiling en CO?- uitstoot wordt omgegaan (sustainable). Om het onderscheid tussen beide bete- kenissen duidelijk aan te geven, worden in dit artikel de begrippen durable en sustainable gebruikt in plaats van het begrip duurzaam. 2 16? CEMENT 7 20 23 beschouwd. Dit varieert van een label met een handgeschreven identificatie, vastge- schoten aan het element, tot en met een chip die in het element wordt aangebracht en die met een device, zoals een scanner of een smartphone die nabij het element wordt gehouden, kan worden uitgelezen. Daarnaast worden in werkpakket 3 zaken als logistiek, beoordeling van gedemonteerde elementen en herstel van beschadigingen beschouwd. Eigenschappen? In werkpakket 4 wordt nader gekeken naar de eigenschappen van het element. Daarbij is met name de be- trouwbaarheid van deze eigenschappen van belang. In dat kader zal er een groot onder- scheid zijn tussen elementen waarvan de ontwerpgegevens, zoals wapeningstekenin - gen en eventueel berekeningen, beschik - baar zijn en elementen waarvan in het ge- heel geen informatie bekend is. In het eerste geval kan worden volstaan met een beperkte verificatie van de beschikbare ge- gevens, terwijl in het tweede geval veel on - derzoek benodigd is. Daarbij is het ook van belang in welke mate de bevindingen op basis van een enkel element ook kunnen worden toegeschreven aan een ander ele- ment uit hetzelfde gebouw. Hierbij is het eenduidig en effectief labelen van de ele- menten essentieel. Ontwerp nieuwe constructie? Als al deze gegevens bekend zijn, kan de focus worden verlegd naar het ontwerpen van de nieuw te vervaardigen constructie. In werkpakket 5 wordt vanuit verschillende disciplines naar het ontwerp gekeken. Bijvoorbeeld door na te gaan hoe zo effectief mogelijk gebruik kan worden gemaakt van beschikbare prefab elementen. Het architectonisch ontwerp wordt in die zin, gelijk als bij het hergebruik van een constructie als geheel, beïnvloed door de afmetingen van de beschikbare ele- menten. Binnen het ReCreate-project wordt gewerkt aan een applicatie waarmee, op basis van een database waarin beschikbare elementen zijn beschreven, een architect en constructeur kunnen worden geholpen om te komen tot een ontwerp, waarin zo opti- maal mogelijk gebruik wordt gemaakt van beschikbare, bestaande prefab-betonele- menten. Optimaal kan zijn op basis van kos- ten, milieu-impact, constructieve veiligheid of een combinatie van deze aspecten. Een tweede aspect waarnaar wordt gekeken, is de wijze waarop bestaande ele- menten met elkaar kunnen worden ver- 3 Pointcloud van het Prinsenhofgebouw De onzekerheden over de construc- tieve weerstand van de elementen is anders dan in een nieuwbouw- situatie 3 CEMENT 7 2023 ?17 De partiële factoren, waar- mee de reken - waarde van de weerstand van de elementen moet worden bepaald, zouden moeten worden aangepast bonden, zodat voldoende constructieve sa- menhang in de constructie wordt verkregen. Het is hierbij haast evident dat wordt ge- streefd deze verbindingen eenvoudig de- monteerbaar te maken, zodat een volgend hergebruik eenvoudiger wordt. Hoewel am- bitieus, zou een soort van standaardisering hier ideaal zijn. Het beoordelen van de constructieve be- trouwbaarheid van de nieuw constructie, met (deels) bestaande elementen, is een vol- gend aspect waarnaar moet worden geke- ken. De onzekerheden over de constructieve weerstand van de elementen is anders dan in een nieuwbouwsituatie. De geometrische afmetingen zijn met een grotere betrouw- baarheid bekend. De betrouwbaarheid van de toegekende materiaaleigenschappen kan hoger of lager zijn dan het geval is bij een nieuw ontwerp. De grote onbekende kan de hoeveelheid wapening zijn. Als de oorspron- kelijke ontwerptekeningen niet bekend zijn, moet onderzoek naar de aanwezige wape- ning worden uitgevoerd. Als dit wordt ge- daan met niet-destructieve methoden, kan de betrouwbaarheid van de verkregen gege- vens beperkt zijn [5]. Dit alles maakt dat de partiële factoren, waarmee de rekenwaarde van de weerstand van de elementen moet worden bepaald, zouden moeten worden aangepast. In het kader van het project wordt onderzoek uitgevoerd naar de mate waarin de betrouwbaarheid van de diverse variabelen afwijkt van de nieuwbouwsitua- tie, en hoe dit in de partiële factoren zou moeten worden verwerkt. Onderzoek naar maatschappelijke randvoorwaarden en consequen- ties Natuurlijk moet worden aangetoond dat het hergebruik van elementen, ook als het gehele proces van demontage, transport, eventuele reparaties en tussenopslag wordt beschouwd, voor het milieu een betere oplossing is dan het vervaardigen van gehele nieu we beton- constructies. Voor deze onderbouwing worden in WP6 levenscyclusanalyses (LCA) gemaakt, waarin het gehele proces wordt beschouwd. Op basis hiervan kan het nut van het herge - bruik worden onderbouwd. Toekomstige optimalisaties van het hergebruikproces k unnen eveneens op basis van deze LCA-be - schouwingen worden uitgewerkt. Het ReCreate-project wil de ontwikke- ling versnellen van een winstgevend bedrijfs- model voor hergebruikte prefab-betonele- menten. In WP7 wordt gewerkt aan het verkrijgen van inzicht in de economische levensvatbaarheid en het marktpotentieel van secundaire betonnen elementen, door de ontwikkeling van businessmodellen, han- dels-, logistieke aspecten en innovatieve nieuwe diensten en platforms. Om een winstgevend bedrijfsmodel mogelijk te maken, moet er sprake zijn van sociale acceptatie van hergebruik van pre- fab-betonelementen en dienen wettelijke be- lemmeringen te worden wegnomen. Om vol - doende inzicht te krijgen in deze zaken, wordt in WP8 onderzoek uitgevoerd naar de manier waarop binnen de betrokken landen wettelijke barrières kunnen worden vermin- derd en het draagvlak voor toepassing kan worden vergroot. Pilotproject In de vier landen wordt een pilotproject uit- gevoerd om ervaring op te doen met het hergebruik van prefab-betonelementen. Beter is om te stellen dat in ieder land twee projecten worden uitgevoerd, namelijk één waar een bestaande constructie, die op de nominatie stond om te worden gesloopt, wordt gedemonteerd, en een tweede, waar een nieuwe constructie wordt vervaardigd met gebruik van uit het eerste project ver- kregen elementen. De pilotprojecten worden in het ReCreate-project gebruikt om data te verkrijgen voor het uit te voeren onderzoek en om meer ervaring op te doen met diverse relevante processen bij het hergebruik. Daar waar mogelijk worden nieuwe ontwikkelin- gen toegepast zowel bij het demonteren, als bij eventueel herstel en het monteren van de nieuw te creëren constructie. Demontage Prinsenhof? In Nederland is Lagemaat Circulair een zogenaamde indus- trial partner in het project. Het bedrijf is betrokken bij de twee Nederlandse pilotpro- jecten. Het heeft de demontage van het Prinsenhofgebouw in Arnhem uitgevoerd 18? CEMENT 7 20 23 [4]. Hierbij zijn veel prefab elementen ge- wonnen. Denk alleen al aan circa 6 km leng- te aan kanaalplaten. De kanaalplaatvloeren zijn in het project voorzien van een gewa- pende druklaag. Tijdens de demontage is vastgesteld dat in de uitvoering de langsvoe- gen en de druklagen tegelijkertijd zijn gestort met een relatief goed beton. Er is gekozen de elementen ter plaatse van de langsvoegen door te zagen. Omdat dit niet over de gehele dikte van de vloer mogelijk was, is vervol- gens het laatste deel van de verbinding los- gemaakt door de op te hijsen kanaalplaat ter plaatse van de vrije rand iets te liften met twee vijzels. Daarbij breekt het onderste deel van de gevulde langsvoeg en komt de kanaalplaat vrij (foto 1). De kanaalplaat en de daarin verbonden gewapende druklaag kunnen dan worden afgevoerd. Omdat de langsvoegen gevuld zijn met een relatief goed beton, is er geen sprake van onthechting van het beton in de langsvoegen en hebben de resterende kanaalplaten nu een enigszins rechte zijkant. De dragende gevelelementen zijn sand- wichelementen met een betonnen buiten- schil, een isolatielaag en het constructieve, betonnen binnenblad. Aan de binnenzijde van het binnenblad is een oplegnok aanwe- zig voor de oplegging van de kanaalplaten. Door Lagemaat is gekozen om ook de voegen bij de dragende gevelelementen los te zagen. Dit betreft zowel verticale voegen als de ho- rizontale voegen (foto 4). Een deel van de kanaalplaten is herge- bruikt bij de nieuwbouw van een sporthal aan de Middachtensingel in Arnhem. De resterende elementen zijn afgevoerd naar 4 4 Doorzagen van de horizontale voeg onder een wandelement In Nederland zijn de twee pilotprojecten de demontage van het Prinsenhof - gebouw in Arnhem en de bouw van een multifunctioneel gebouw in Heerde CEMENT 7 2023 ?19 Heerde (foto 5). In opdracht van Lagemaat Circulair heeft cepezed een ontwerp ge- maakt van een multifunctioneel gebouw, waarin onder andere kantoren en een ken- niscentrum worden gehuisvest. In het laag- bouwdeel van dit gebouw zal veel gebruik worden gemaakt van hergebruikte stalen constructie-elementen. Het acht bouwlagen hoge hoogbouwdeel wordt gemaakt met de betonelementen die uit het Prinsenhofge- bouw gekomen zijn. Hierbij worden zowel de kanaalplaten als de dragende gevelelemen- ten gebruikt. IMd Raadgevend Ingenieurs is voor dit project de verantwoordelijk con- structeur. Bij het constructief ontwerp van het gebouw gelden een aantal specifieke as- pecten voor het hergebruik van bestaande prefab-betonelementen. Hierbij kan worden gedacht aan de betrouwbaarheid van de ge- ometrische en materiaaleigenschappen en de wijze van verbinden van de verschillende elementen. Dit bijvoorbeeld om de schijf- werking van de vloeren te waarborgen. Detailonderwerpen In het kader van ReCreate worden binnen de TU/e diverse onderzoeken uitgevoerd. Hierbij wordt samengewerkt de Nederlandse en buitenlandse partners in het project. On- derwerpen die aan de orde komen zijn: de betrouwbaarheid van nieuw vervaardigde constructies waarin gebruik wordt gemaakt van hergebruikte prefab betonelementen, de wijze waarop bestaande prefab-beton - constructies kunnen worden gedemonteerd en hoe de elementen vervolgens weer con- structief met elkaar kunnen worden ver- bonden. Daarnaast wordt ook gezocht naar een manier waarop het ontwerpen van een gebouw, met gebruikmaking van beschikba- re bestaande prefab-betonelementen, kan worden ondersteund. De gedachte hierbij is dat er een database komt, waarin beschik- bare elementen zijn beschreven, en een applicatie wordt gemaakt, die snel aangeeft welke elementen beschikbaar zijn om vloe- ren en wanden van bepaalde afmetingen te vervaardigen. Resultaten Het onderzoek binnen het ReCreate-project zal zeker tot in 2025 doorlopen. Tot die tijd zullen regelmatig resultaten van deelonder- zoeken beschikbaar komen. Getracht zal worden deze resultaten met enige regelmaat in Cement te publiceren. LITERATUUR 1?Brand, S., How buildings learn, 1994. 2?Vergoossen, R, Eck, G. en Jilissen, D., Hergebruik prefab T-liggers (2) - Demonteren en aanpassing liggers voor toepassing in nieuw viaduct. Cement 2022/8. 3?Vullings, M.W.F., Wijte, S.N.M., Huuhka, S.,Guidelines for a BIM-aided pre-deconstruction audit. The ReCreate project, 2022. 4?Knuiman, M., Snoek, R., Hergebruik kanaalplaten: meer dan een technische uitdaging - Hoogwaardig hergebruik kanaalplaten belangrijk criterium bij circulaire delven Prinsenhof A, april 2021. 5?Selek, I., Wijte, S., Swinkels, M., Reliability on non-destructive testing methods by detecting the presence of reinforcement in existing concrete structures. Proceedings of the 2017 fib Symposium Maastricht, 2017. 5 Tasveld met prefab-betonelementen uit het Prinsenhofgebouw 5 20? CEMENT 7 20 23