38 Innovatief bouwen tussen archeologie 1 Boeiende draagconstructie voor nieuwbouw De Bastei in Nijmegen Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 39 Aan de voet van de Valkhofheuvel, aan de Waalkade in Nijmegen, is een fascinerend nieuw museum gebouwd op, over en in een middeleeuwse verdedigingstoren. Tijdens de bouw zijn belang- wekkende archeologische vondsten aangetroffen die op fraaie wijze in het plan zijn opgenomen. De draagconstructie is mede daardoor spectaculair geworden met onder meer hoge grondke- rende CSM-wanden, ruim 10 m lange boomstammen als kolom- men en een kern van zandkleurig schoonbeton. Blikvanger van het project is een grote uitkragende, volledig glazen erker.   Het nieuwe museum De Bastei, centrum voor natuur en cultuurhistorie (foto 1) slaat een brug tussen historie en eigen- tijdse kwesties, passend bij de oudste stad van Nederland. De archeologische vondsten die tijdens de bouw zijn blootgelegd, boden een unieke kans dat verhaal kracht bij te zetten en te laten zien hoe de stad vanouds reageerde op haar levensader: de Waal.   De ontwerpopgave was het bestaande museum en rijksmonu- ment De Stratemakerstoren op deze plek uit te breiden en geschikt te maken voor een nieuwe gebruiker. De basis voor het ontwerp is een middeleeuwse hoefijzervormige toren (fig. 2) met een inwendige kanonsgang, een zogenoemde bastei. Zo'n bastei is met aarde gevuld. In de jaren tachtig is, na het bloot- ir. Ronald Wenting ABT ir. Marlène van Gessel van roosmalen van gessel architecten e.p. 1 De Bastei aan de Waalkade, met daarachter de Valkhof heuvel met op de uiterste rand de St. Nicolaaskapel foto: bureau Beeldtaal2 Plattegrond van De Bastei met in groen de restanten van de oude toren basteimuur CSM-wand Berlinerwand stadsmuur entreegebouw 2 Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 40  Grondkering Gelet op de bijzondere plek in de stad, met name omdat er aan de voet van het grondmassief van het Valkhof werd gegraven, is veel aandacht besteed aan het ontwerp van de benodigde grondkeringen. In de jaren tachtig is hier een grondkerende berlinerwand aangebracht, die het grondpakket van de heuvel boven straatniveau keert en stabiliseert, nadat een deel van de heuvel dreigde af te glijden. Deze berlinerwand was volstrekt ontoereikend voor de nieuwe situatie.   Om elke beweging van de grond uit te sluiten en het grondmas- sief van de heuvel voor de 6 m diepe kelder te keren, is in overleg met de aannemer een stijve grondkerende CSM-wand (cutter soil mix) toegepast (fig. 5). De hoge stijfheid van de wand in combinatie met de verschijningsvorm waren de voor- naamste redenen hiervoor te kiezen. Om het krachtenspel in de grondkering in toom te houden, waren twee ankerrijen voor - zien. Eén rij ter hoogte van het betonnen dek op straatniveau en één rij halverwege de ontgraving.   leggen van de toren, al een groot deel van die aarde afgegraven. Door het volume verder uit te graven en de ruimte vervolgens in te vullen met enkele verdiepingen konden expositieruimten worden gerealiseerd.   Het museum is aan de Waalkade voorzien van een nieuwe gevel. Schuin achter De Bastei is een entreegebouw gereali- seerd, tussen de Valkhofheuvel en een muur van het Nijmeegse 'Groene Balkon' (foto 3). De entree is, via een onderdoorgang onder een straatje aan de achterzijde van De Bastei, verbonden met het museumgedeelte. Er is bewust gekozen de entree aan de achterzijde van het plan te positioneren, aangezien een verdedigingswerk geen entree aan de aanvalszijde heeft. De voorgevel is een achteroverhellende conisch gemetselde wand. De Bastei heeft daarmee zijn oorspronkelijke verschij- ningsvorm teruggekregen. Op een markante plek in deze gevel kraagt een volglazen twee- verdiepingshoge erker uit, die zowel binnen met buiten als museum met rivier en natuur verbindt.   3 Het entreegebouw aan de achterzijde van De Bastei, ingebed tussen de Valkhofheuvel en de muur van het Groene Balkon foto: Gersfotografie4 Het uitgraven van de bouwput met de archeolo - gische vondsten en getrapte grondkering voor de bouwput: achtereen- volgens de middeleeuwse stadsmuur, de nieuwe CSM-wand (rechtsboven) en de bestaande berliner - wand (achter de CSM- wand) bron: ABT 3 4 Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 41 vondsten goed zichtbaar te maken, anderzijds om de kelder voldoende vrije hoogte te kunnen geven. De oplossing is gevonden in een optimalisatie van de ontgra- vingsniveaus langs de verschillende tracés in de bouwput en om de oude stadsmuur ? die vóór de CSM-wand ligt ? in te zetten als extra steun. Deze ruim 1 m brede bakstenen stads- muur uit de 13e eeuw was een van de archeologische vondsten. Ook is de ontgravingsdiepte 0,5 m verminderd ten opzichte van het oorspronkelijke ontwerp.   Om de stadsmuur als steun in te kunnen zetten, is onderzoek gedaan naar de samenhang van het metselwerk van deze muur en de grondgesteldheid eronder. Hiervoor zijn kernboringen over de volledige hoogte van de stadsmuur verricht. Het metselwerk bleek in goede staat. Ook bleek de grondgesteld- heid onder de muur zand te zijn en zodoende voldoende draag- krachtig (fig. 6). Om de krachten in de stadsmuur te kunnen opnemen, is deze versterkt met acht groutinjectiepalen (Ø groutlichaam 170 mm met stalen buistype Ø 60,3 × 16 mm 2, h.o.h. ca. 1,2 m) die vanaf de bovenzijde in het hart van de wand door de wand zijn aangebracht. Archeologische vondsten Tijdens de ontgraving kwamen bijzondere archeologische vondsten naar boven, zoals de achterzijde van De Bastei, de stadsmuur met toren uit de 13e eeuw, Romeinse muren uit de 1e en 4e eeuw, én funderingen van bakstenen huizen uit de 14e eeuw (foto 4). De stadsarcheologen en rijksarcheoloog zijn dan ook nauw betrokken geweest bij de realisering van dit project. Bijzonder is dat uiteindelijk alle archeologische vondsten in situ zijn bewaard en in het museum zijn ingepast. Dit kon alleen dankzij de nodige inventiviteit en intensieve samenwerking tussen alle betrokken partijen. Elke nieuwe vondst kon beteke- nen dat het ontwerp met bijhorende uitvoeringswijze moest worden aangepast en bijgesteld.   Ontgravingsdiepte Door de archeologische vondsten kon de tweede ankerrij voor de CSM-wand niet worden gerealiseerd. Hierdoor werd de ontgravingsdiepte voor de kelder gelimiteerd: berekeningen in Plaxis toonden aan dat het krachtenspel in de CSM-wand bij dieper uitgraven ontoelaatbaar hoog zou worden. Maar dieper uitgraven was wel gewenst, enerzijds om de archeologische 5 Dwarsdoorsnede met links de opgehoogde Waalkade, rechts daarvan de restan- ten van de oorspronkelijke bastei met kanonsgang en geheel rechts de grondke - rende constructie aan de voet van de Valkhofheuvel bron: De Twee Snoeken6 Weergave van de de vervormde toestand (a) en spanningen onder de stadsmuur (b) uit het Plaxis-rekenmodel van de grondkerende constructie bron: ABT 13e-eeuwse stadsmuur 13e-eeuwse stadsmuur bestaande Berlinerwand nieuwe verankerde CSM-and achterzijde Bastei, 16e-eeuws 13e-eeuwse stadsmuur 5 6a 6b Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 42 Stapeling constructiesystemen De constructie van de vloeren van De Bastei zijn ontworpen als een stapeling van constructiesystemen in verschillende constructiematerialen. 10 m hoge douglasboomstammen dragen grotendeels de verdiepingen (foto 8). De onderste twee verdiepingen hebben een houten vloerconstructie met gelami- neerde houten liggers 240 × 560 mm 2 bevestigd aan de boom- stammen en opgelegd in sparingen in het historische muurwerk. Daarop ligt een vloerpakket, uitgevoerd als een zo compact mogelijke 'constructieve sandwich' van 70 mm dik bestaande uit OSB-plaat, houten regels en multiplexplaat. Het pakket wordt gedragen door houten balklagen 96 × 246 mm 2 (fig. 9). In het pakket zijn vloerpotten en leidingen voor verlichting en data aangebracht.   De twee bovenliggende vloeren zijn vlakke massieve betonnen plaatvloeren met een dikte van 280 mm. Deze waren nodig vanwege de brandcompartimentering in het gebouw en voor een reductie van de vloerhoogte om binnen de voorgeschreven maximale gebouwhoogte te blijven.   De dakopbouw is door de gearticuleerde vorm uitgevoerd in een lichtgewichtstaalconstructie en ingevuld met een houtske- letpakket met eikenhouten latten als bekleding. Voor de hoofddraagconstructie, ook de houten boomstammen geldt een brandwerendheidseis van 90 minuten. Voor de houten liggers en balken is die eis 30 minuten.   Stabiliteit De stabiliteit van de constructie in zowel dwars- als langsrich- ting wordt gewaarborgd door de bestaande basteimuur in combinatie met de betonnen kern rondom lift en trap in het hart van De Bastei. De wanden van de kern hebben een wand- dikte van 250 mm en zijn uitgevoerd in schoonbeton. Om de wanden een levendige structuur te geven waarin de delen en zelfs de houtvezels soms leesbaar zijn, zijn gezaagde   Beperkte werkruimte Door de binnenstedelijke locatie, het smalle straatje en de aanwezige bebouwing, was de werk- ruimte voor de aannemer uiterst beperkt. Ook de aanwezige archeologische vondsten vroegen om uiterste zorgvuldigheid. Dat bepaalde welk type materieel kon worden ingezet. Ook heeft dit geleid tot herhaaldelijk grondverzet om tijdelijke werkplateaus te maken. De uitvoering werd hier - door een uitdagende operatie (foto 7). 7 De beschikbare werkruimte voor uitvoering van de grondkerende con- structie was erg beperkt bron: ABT bv8 Douglasboomstammen tussen de muur - resten. Archeologische vondsten zicht - baar in het museum, net als de grondke - rende CSM-wand op de achtergrond bron: De Bastei9 Verticale doorsnede met schematisch weergegeven de laagsgewijze stapeling van verschillende constructiematerialen met de over drie verdiepingen door - gaande dragende douglassparren bron: ABT bv NAP +21,23 m NAP +17,63 m NAP +14,03 m NAP +10,43 m = 100 x 250 mm2, h.o.h. 500 mm 7 8 9 Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 43 De bomen zijn afkomstig uit de bossen van Staatsbosbeheer, één van de partners van De Bastei. Onder de onderste drie lagen van De Bastei zijn er vier drieverdiepingshoge boom- stammen met een gemiddelde diameter van circa Ø600 mm aangebracht met een lengte van ruim 10 m. Op de verdieping daarboven zijn eenverdiepingshoge boomstammen met een gemiddelde boomdiameter van circa Ø420 mm geplaatst, die de betonnen vloer dragen. vurenhouten planken in de bekisting opgenomen. Op basis van enkele monsters is proefondervindelijk de juiste zanderige kleur bepaald. Met toevoeging van geel pigment bleek de van nature wat blauwige koude eigen kleur van het standaardbe- ton een meer natuurlijke kleur te krijgen. Deze specie als basis, de bekisting en de verwerking ter plaatse resulteerden in het gewenste karakter dat op sommige plekken als 'béton brut' te karakteriseren is (foto 11), wat uitstekend accommodeert met de bestaande mergelmuren.   Fundering De constructie is gezien de aanwezige zandgrond gefundeerd op staal, net als de oorspronkelijke basteimuur. Uitgangspunt in het constructieve ontwerp was om zo veel mogelijk van het toegevoegde gewicht van de nieuwe constructies door nieuwe funderingselementen te laten dragen en zo de bestaande basteimuur niet substantieel meer te belasten. De keldervloer is daarom uitgevoerd als een 400 mm dikke geïsoleerde plaat- fundering op staal. Ter plaatse van archeologische vondsten is gekozen de dragende kolommen te funderen op palen. Hier - door konden de funderingspoeren kleiner blijven en zorgvul - dig worden ingepast, waardoor de archeologie maximaal gespaard kon worden. Vanwege de beperkte uitvoerings- ruimte is gekozen voor groutinjectiepalen, Ø groutlichaam 370 mm met stalen buis Ø101,6 × 22 mm 2. Deze konden worden inge- bracht met licht materieel dat ook is gebruikt voor het reali- seren van de groutankers voor de ankerrijen van de CSM-wand.     Douglassparren als kolommen Voor de kolommen in het gehele project, zowel in De Bastei als in het entreegebouw, zijn boomstammen van douglasspar - ren gebruikt (foto 12). Deze sluiten goed aan bij de duurzaam- heidsgedachte van het museum en passen in deze middeleeuwse setting. F A 7 B C D E 3 4 5 6 6 635 3 10 0 47 50 47 50 24 0x56 0 24 0x56 0 RH S200 x100 x16 RH S200x100 x16 R HS 200 x100x 1 6 RH S200x100 x16 240x56 0 24 0x56 0 Do uglas boomsta m Douglas booms tam 96 x246 Do uglas boomst am +2110 42 00 4200 4200 4200 5682 280 La n g e B aa n v o o r b al k zi e te k . c6 _ 3 5 _ 0 1 v + w 29 6+ 3400 16 0+ 3400 G Do uglas boomsta m H 96x246 i n k a ss i n g d ie p 9 5m m (S 35 5) (S 35 5) (S 35 5 ) ( S 35 5) pr efab trap 216506 216448 216518 216507 2M 16 hoh.50 0m m +2660 stal en trap stal en trap 96 x2 46 96 x246 96x2 46 96x 246 96x2 46 bk. = +3 400 stal en trap IPE2 20 IP E220 ba lk op klos sen op mu urrand ho uten balken 20mm loshou den va n be tonn en wand gelam. ligg er verjonge n to t 38 0m m gelam. ligg er ho rizont aal st eu nen dmv. kr impa rme mo rtel ivm. st al en trap prefab bord es houtdraa db oute n M1 0-16 0 hout draa db oute n M1 0-16 0 10 Plattegrond inbouw- verdieping met houten vloerconstructie en BIM- model draagconstructie bron: ABT bv 11 Het beton heeft een levendige structuur en een zanderige kleur Basteimuur 11 10 Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 44   De toepassing van schuine schroeven is relatief nieuw. Een schroef presteert wezenlijk beter op trek dan op afschuiving en dus ligt het voor de hand om een belasting 'op te hangen'. Door de schroef onder 45° te plaatsen, wordt de afschuifkracht omgezet in een trek- en een drukkracht. Deze drukkracht heeft daarbij ook nog een positieve invloed op de totale capaciteit omdat deze wrijving genereert. Deze aansluiting kan echter alleen op afschuiving worden belast. Rotatie in het aansluitvlak Houtkwaliteit De bomen zijn bij houtzagerij De Vree in Randwijk geselec- teerd in aanwezigheid van een specialist van SHR-TU/Eindho- ven. Gekeken is naar de rechtheid van de bomen en de grootte en het verloop van de diameter. Na ontschorsen van de boom- stammen is een visuele inspectie uitgevoerd voor een beoorde- ling op onder meer kwasten. De houtkwaliteit is onderzocht met druk- en buigproeven die door TU/Eindhoven zijn bege- leid. Na beproeving kon de houtkwaliteit op C24 worden vast- gesteld, die nodig was om aan de brandwerendheidseis van 90 minuten te voldoen.   Excentriciteiten De bomen zijn door de aannemer in twee richtingen ingeme- ten. De gevonden excentriciteiten zijn meegenomen in de sterkteberekening. Wat opviel is dat de geselecteerde bomen bijzonder recht waren, zodat de excentriciteitsmomenten gering waren.   Verbinding De nodige aandacht is uitgegaan naar architectonische, constructieve en uitvoeringstechnische aspecten van de details, mede om recht te doen aan het principe 'ruwbouw is afbouw'. Voor de verbinding van de gelamineerde vloerbalken met de boomstammen heeft ABT een detail ontwikkeld (fig. 13). Hierbij is een stalen T-plaat aan de boom geschroefd met 300 mm lange voldraadschroeven (M12) die 45° omhoog wijzen. Het lijf van de stalen T-plaat is als slisplaat ingelaten in de gela- mineerde liggers. 12 14 13 Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018 45 14 Uitkragende volledig glazen erker aan de voor - zijde van De Bastei aan de Waalkade, met een fantastische blik op de Waal en de uiterwaarden foto: Pieter Kers / beeld.nu bijzondere, volledig transparante ruimte ontstaan waarin zonder enig probleem meerdere mensen kunnen staan.   De erker is volledig geïsoleerd uitgevoerd met een binnenruit en buitenruit inclusief spouw om koudebruggen en condens- vorming op het glas te voorkomen. De glazen wanden bestaan uit een dragende buitenruit 3 × 12 mm dik gehard glas en een binnenruit van enkellaags gehard glas, 12 mm dik. De binnen- ruit vormt daarmee de thermische schil die tegen de construc- tief gelaagde buitenruit is geplaatst.   Om de ontwerpambitie van een volledig glazen erker te realise- ren, is aandacht besteed aan de ogenschijnlijk minimale verbin- dingen. De glazen vloeren zijn via een stalen kader gefixeerd aan de glazen wanden met behulp van rozetten. Door deze in het vloerpakket te integreren is de aanwezigheid ervan beperkt. Door een uitgekiende detaillering is het gelukt de overige verbindingen aan het zicht te onttrekken met een maximale transparantie als resultaat.     Tot slot Na een bouwperiode van drie jaar vol verrassingen en onver - wachte vondsten, is het museum in mei 2018 opengegaan. Nijmegen is daarmee een boeiend museum rijker waarbij de bezoekers ondergronds 2000 jaar geschiedenis van de oudste stad van Nederland kunnen ervaren en beleven. Nieuwe inven- tieve bouwtechnieken en ook een intensieve samenwerking hebben het mogelijk gemaakt dit museum te realiseren. Het is zeker een bezoek waard. ?   ? PROJECTGEGEVENS project De Bastei Nijmegen opdrachtgever gemeente Nijmegen partners Museum de Stratemakerstoren, Natuurmuseum Nijmegen, Staatsbosbeheer, IVN Rijk van Nijmegen, Rijkswaterstaat Oost- Nederland gebruikers De Bastei, centrum voor natuur en cultuurhistorie ontwerp en detaillering van roosmalen van gessel architecten e.p. bouwkundig tekenwerk De Twee Snoeken constructeur ABT bv aannemer Mertens Bouwbedrijf adviseur installaties-bouwfysica-brandveiligheid D WA bruto vloeroppervlak ca. 3000 m 2 bouwperiode mei 2015 ? mei 2018 (met een onderbreking van ruim een halfjaar. In verband met de archeologische vondsten is alles op alles gezet deze te behouden. Ter compensatie is het entreegebouw vergroot. Daarvoor was behalve een nieuw ontwerp ook een nieuw bestemmingsplan nodig) bouwkosten ca. ? 8.500.000,- moet worden voorkomen. Dit betekent dat de slisplaat momentvast aan de ligger moet worden bevestigd en dat de passing van de stiften in het hout en staal met minimale tole- rantie moet worden uitgevoerd. De aannemer heeft deze klus geklaard door de gaten in de liggers in het werk in te meten en daarna pas te boren. Hierdoor kon een passende verbinding worden gemaakt.   Aansluiting hout-beton Aan de onderzijde staan de boomstammen op stalen sokkels die zijn geïntegreerd in de betonnen funderingspoeren (fig. 13). Op deze manier konden de bomen goed worden gemon- teerd en is er een relatief simpele en nastelbare verbinding gere- aliseerd. Belangrijk aandachtspunt voor de uitvoering was dat de bomen exact haaks moesten worden afgezaagd voor het voorkomen van spanningsconcentraties in het hout.   Dit geldt ook voor de verbinding aan de bovenzijde waar de betonnen vloerplaten op de boomstammen zijn opgelegd. Hier is voor de oplegging een staalplaat met voldraadschroeven in de boomstammen geschroefd om ook hier spanningsconcen - traties in het hout te voorkomen. Door fixatie van de bomen met uitsluitend een ingelijmd anker (M24) in het hart van de boomstammen wordt voorkomen dat de bomen ongewenste inklemmingsmomenten aantrekken. Op dit niveau 2 zijn de ondergelegen boomstammen gekoppeld met de bovenliggende boomstammen op niveau 3. Ook hier is gebruikgemaakt van stalen sokkels voor de nastelbaarheid. Aan deze sokkels is in de fabriek ophangwapening gelast met krachtslassen. Samen met de ponswapening zorgen deze voor de krachtsinleiding van de krachten uit de niveau-2-vloer in de boomstammen (fig. 13).   Door inspanningen van het bouwteam voor een zorgvuldige detaillering is een fraai resultaat ontstaan.     Glazen uitkragende arkelerker Icoon van het project is een uitkragende volledig glazen erker aan de Waalzijde (foto 14). Dit contrastrijke element verwijst naar het oorspronkelijke gemetselde arkeltorentje, een klein uitkragend torentje aan de bovenzijde van de toren. De huidige erker biedt fantastisch zicht op de Waal en wijde omgeving en 's avonds fungeert deze als lichtbaken.   De bezoeker kan de erker vanaf twee niveaus betreden. Het onderste niveau is bereikbaar vanuit de wisselexpositieruimte in het museum. Het bovenste niveau van de erker is een balkon en is toegankelijk vanaf het dakterras. De uitkraging van de erker uit de metselwerkgevel bedraagt 3,2 m. De erker is 2 m breed en 5,5 m hoog. Daardoor is een 12 Douglassparren als kolommen bron: ABT bv 13 Aansluitdetails douglasboomstammen bron: ABT bv Innovatief bouwen tussen archeologie 8 2018