Folly Zonnestraal, Hilversum
Sanatorium Zonnestraal in Hilversum (1928), ontworpen door architect J. Duiker en constructeur G. Wiebenga, vormt een van de eerste projecten in Nederland met een zichtbare betonconstructie. Het hoofdgebouw, bijgebouwen en de werkplaatsen van dit monument van het Moderne Bouwen zijn de afgelopen jaren gerestaureerd tot hun oorspronkelijke verschijningsvorm.
Om de ontwikkeling in betontechnologie en constructietechnieken in de afgelopen 75 jaar te demonstreren, heeft de Betonvereniging (BV) het initiatief genomen voor donatie van een Folly die geplaatst is op het terrein van Zonnestraal. Frans van Herwijnen van ABT heeft in samenwerking met de Architect Henket, een luifel ontworpen in geprefabriceerd super hogesterkte beton (UHPC = Ultra High Performance Concrete). Voor de fabricage van de luifel zijn Hurks beton BV, specialist in UHPC, en Vostermans, gespecialiseerd in prototyping, in de ontwerpfase aan het team toegevoegd.
Dit wonder van techniek dat de Betonvereniging aan Stichting Loosdrechts Bos heeft overgedragen op het landgoed Zonnestraal, laat zien wat met de huidige betontechniek mogelijk is, 75 jaar nadat ir. J. Wiebenga de betonnen constructie van sanatorium Zonnestraal ontwierp.
Eind jaren twintig van de vorige eeuw was Zonnestraal een bewijs van het moderne bouwen in beton. Nu dit complex wordt gerenoveerd is de Folly een bewijs van de ultieme betontechniek op dit moment als contrast met 1920. De Folly is een geschenk van de Betonvereniging en een aantal van haar leden aan de Stichting Loosdrechts Bos. De constructie is een 'state of the art' toepassing van hogesterktebeton, zoals de betonconstructie van sanatorium Zonnestraal voor zijn tijd ook zeer geavanceerd was.
Uitgangspunten ontwerp.
Om de ontwikkelingen in betontechnologie en constructietechniek in de afgelopen 75 jaar te demonstreren, is besloten om voor de betonnen Folly voor Zonnestraal de volgende ontwerpuitgangspunten te hanteren:
Een geprefabriceerde constructie, die op de bouwplaats gemonteerd wordt;
Een demontabele constructie gebaseerd op de IFD (Industrieel, Flexibel en Demontabel) ontwerpfilosofie;
UHPC, klasse B150, als constructiemateriaal, vezelversterkt;
Toepassing van ruimtelijk gekromde oppervlakken, waarvoor speciale bekistingstechnieken nodig zijn;
De betonoppervlakken onbehandeld en in het zicht laten.
Als geometrische uitgangspunten werden vastgesteld een luifeloppervlak van 8x8 meter met een vrije hoogte van 3,5 meter.
Vormgeving in UHPC
UHPC staat bekend om zijn zeer goede eigenschappen: het is dichter dan de gangbare betonsoorten en heeft een veel hogere druk-, trek- en buigtreksterkte. Hierdoor zijn slankere constructies mogelijk met grotere overspanningen. De hoge dichtheid leidt tot een grote duurzaamheid. Daarnaast heeft UHPC een uitstekend gedrag onder dynamische belastingen. Het materiaal is dan ook uitermate geschikt voor een filigrane constructie van een door wind dynamisch belaste luifel, die in zichtbeton toch een lange duurzaamheid heeft. De toename van de elasticiteitsmodulus blijft achter bij de toename van de sterkte, wanneer we UHPC met beton B35 vergelijken. Hierdoor vraagt de stijfheid van de slanke constructie ook de aandacht.
Constructief ontwerp van de Folly.
De luifel van 8x 8 m is ontworpen als een dunne plaat in vezelversterkt UHPC, gedragen door één centrale kolom.
Deze kolom is van roestvaststaal (buis diameter 273mm,dikte 9,1mm), ingeklemd aan de voet in een betonnen funderingsplaat. Om de uitkragende lengte van de luifel te reduceren zijn vier takken aangebracht, die als het ware vanuit de centrale stam gegroeid zijn. Deze takken zijn van staalvezelversterkt UHPC en hebben een organische vorm, zowel in doorsnede als over de lengte, mogelijk gemaakt door moderne bekistingstechnieken, waarbij een 3-assige frees is gebruikt.
De dakplaat is zo dun mogelijk ontworpen, ten einde de gunstige sterkte-eigenschappen van UHPC maximaal te benutten. Een dikte van 25 mm is gekozen, zoals al eerder door Hurks beton BV bij andere toepassingen is gehanteerd. Om deze dunne plaat te verstijven zijn ribben aangebracht in zowel radiale als transversale richting.
De dakplaat is verdeeld in vier gelijke kwadranten, om het hanteren van de plaat tijdens productie, transport en montage op de bouwplaats eenvoudiger te maken. Boutverbindingen maken van de vier kwadranten één dakplaat. Ook voor de verbinding van de dakplaat met de takken zijn bouten toegepast.Om de krachten uit de plaat in te leiden in de ondersteunende takken, zijn roestvaststalen componenten ontworpen, die ingestort worden in de dakplaat respectievelijk de takken.
De takken zijn eveneens met bouten verbonden aan de bovenzijde van de centrale kolom. Hier worden zowel horizontale als verticale krachten overgedragen. Aan de onderzijde van de takken kunnen alleen verticale krachten worden overgedragen op consoles, verbonden aan de kolom. Een stalen centreerpen op deze console voorkomt dat de onderzijde van de takken kan afschuiven.
De fabricage van de elementen.
Fabricage van de kwadranten.
Ribben en dakvlak zijn in één stuk gestort. Voor de vier identieke kwadranten werd een triplex bekisting gebruikt. Deze driehoekige bekisting werd zodanig gepositioneerd dat de bovenzijde van de gestorte dakplaat in een horizontaal vlak lag, en de in hoogte en breedte variërende ribben een verlopende onderzijde kregen. Om de kwart-cirkelvormige randen van de dakplaat te kunnen storten, werden twee dubbel gekromde randkisten gebruikt. Door de kwadranten van de dakplaat op deze wijze te storten, kregen de zichtbare delen van de dakplaat steeds een kistvlak. Voor het ontkisten is gebruik gemaakt van een combinatie van hijsen en luchtdruk.
Fabricage van de takken.
Om de ruimtelijk gekromde takken te kunnen maken werd een 'file-to-factory' proces gevolgd. Op basis van een 2D tekening werd een 3D (lGES) CAD file gegenereerd.Om de juiste geometrie te kunnen controleren, werd aan de hand hiervan een dummy (schaal 1:5) gemaakt. Na goedkeuring is een open/gesloten bekisting gemaakt die bestond uit twee dikke, uit triplex gelamineerde platen.
Met behulp van de 3D AutoCAD file werd een 3-assige freesmachine aangestuurd waarmee de vorm van de takken in de beide massieve platen werd uitgefreesd.
De rvs buis van de centrale kolom vormt het 3° deel van de bekisting. Voordat de betonmortel werd gestort, werd met plamuur en vervolgens met lak een glad bekistingsoppervlak gerealiseerd. De rvs verbindingen werden in de kist gesteld, waarna de takken gestort werden. De gaten voor de centreerpen aan onderzijde van de takken werden na de eerste verharding van het beton geboord.
Staalvezels.
Het beton is een mengsel van Ceracem/BSI, cement, staalvezels van 20 millimeter lang en 0,3 millimeter doorsnede, silicafume en gecalcineerd bauxiet. Door de chemische reactie heeft het beton eigenschappen die lijken op die van keramisch materiaal. De staalvezels komen aan de oppervlakte. Ze roesten een fractie en daarna houdt de corrosie op door de alkalische werking van het beton. De roestdeeltjes hechten niet aan het zeer dichte betonoppervlak. Ze worden door de regen weggespoeld.
De dakranden van de Folly zijn afgerond. In het midden van het dak bevindt zich een ronde opening. De bovenzijde van het dak is behandeld met een product dat de poriën van het beton afdicht en op die manier algengroei voorkomt.
