‘Dankzij nieuwe computermodellen herontdekken we het vernuft van historische gebouwen’

Voor de Universiteit Van Vlaanderen staat Bram Vandoren (UHasselt) stil bij de manier waarop een wolkenkrabber tot stand komt.

Hoe hoog kan je een wolkenkrabber bouwen? Die vraag beantwoord ik in een college voor de Universiteit van Vlaanderen. Met de hedendaagse technologieën, bouwtechnieken, -materialen en -concepten, is het antwoord, vanuit een puur bouwmechanisch perspectief: kilometers hoog. Dit is te danken aan evoluties en innovaties die plaatsvinden in meerdere domeinen en op meerdere schalen.

Op materiaalkundige schaal worden er bijvoorbeeld voortdurend nieuwe betonsoorten ontwikkeld die steeds grotere druksterktes kunnen behalen: hiermee kan dan ook slanker, sterker en uiteindelijk hoger gebouwd worden. Een belangrijk aspect bij de ontwikkeling van deze betonsoorten is om het materiaal zo compact en dus zo porievrij mogelijk te maken; hierbij wordt onder andere gebruik gemaakt van nanodeeltjes. Optimalisaties op nanoschaal hebben dus een impact op gebouwschaal: deze onlosmakelijke verbinding tussen de verschillende schalen is uitermate fascinerend.

Op de schaal van bouwelementen, zoals balken en wanden, vindt dan weer een evolutie plaats naar zogenaamde hybride systemen, waarbij twee of meerdere materialen gecombineerd worden, zoals hout, staal en glas. De eigenschappen van het eindproduct overstijgen dan de som van de individuele eigenschappen. De samenwerking tussen meerdere materialen leidt dus tot synergetisch bouwmechanisch gedrag: dit blijkt de sleutel te zijn bij het ontwerp van hoogperformante constructies. Meer en meer worden bouwelementen ook op voorhand, in een gecontroleerde industriële omgeving, geproduceerd, wat gunstig is voor de uniforme kwaliteit van deze elementen.

Wie zo’n moderne prefabfabriek bezoekt, zal merken dat die meer weg heeft van een koekjesfabriek dan van een grijze, stoffige industriehal. De transitie naar meer geprefabriceerde elementen zorgt er ook voor dat de werffase beperkt wordt tot het assembleren van grote(re) bouwelementen, wat weer resulteert in een efficiënter en foutarmer bouwproces. Huidig bouwmechanisch onderzoek focust dan ook op het verbeteren van de verbindingen tussen zulke bouwelementen, waarbij ook gekeken wordt naar demontabele en dus circulaire verbindingstypes. Hierdoor kunnen bouwelementen, na de gebruiksfase van een gebouw(functie), makkelijker gerecupereerd en hergebruikt worden. De moeilijkheid schuilt in het verzoenen van de bouwmechanische functie van zo’n verbinding met andere aspecten zoals warmte- en geluidsisolatie, esthetiek en dus ook demontabiliteit.

De rode draad doorheen al deze technische en technologische evoluties blijkt samenwerking en verbinding te zijn: tussen verschillende functies, schalen, materialen en bouwelementen. Laat nu net ook dit de twee aspecten zijn – maar dan met een niet-technische interpretatie – die essentieel zijn bij de bouw van een complexe constructie zoals een wolkenkrabber: het bouwen van zo’n gebouw vereist immers een perfecte samenwerking en dus ook goede communicatie tussen de verschillende partijen betrokken bij het bouwproces, zoals ontwerpers, ingenieurs en aannemers. De laatste jaren vinden er ook op dat vlak grote evoluties plaats: meer en meer gebouwen worden immers op voorhand virtueel gebouwd via Building Information Modeling (BIM), waardoor het bouwproces verder kan worden geoptimaliseerd en fouten voortijdig gedetecteerd kunnen worden. Zo’n BIM-model leent zich ook om dezelfde “taal” te spreken tussen alle bouwactoren, wat het eenduidig communiceren vergemakkelijkt en figuurlijke spraakverwarringen kan vermijden. BIM had wellicht een wereld van verschil kunnen betekenen bij de bouw van de toren van Babel…

Over computermodellen gesproken, wanneer we nieuwe bouwmaterialen en -concepten willen toepassen in een constructie, is een correcte analyse van de krachtswerking van essentieel belang: ingenieurs moeten weten hoe een gebouw “werkt” om zo de draagstructuur te berekenen. Vandaag de dag maakt men hiervoor gebruik van geavanceerde simulatiemodellen, die rekening houden met de specifieke eigenschappen van de verschillende materialen en elementen. Dankzij deze modellen kunnen, ondersteund door artificiële intelligentie, constructievormen en hun krachtswerking verder geoptimaliseerd worden, om zo nóg efficiënter, hoger en met grotere overspanningen te bouwen. We herontdekken via zulke modellen het vernuft van historische gebouwen zoals het Pantheon in Rome, de gotische kerken en de Eiffeltoren.

Het is simpelweg verbluffend hoe men, met de technieken van die tijd, zulke efficiënte constructies kon bouwen. Ook recenter en dichter bij huis werd er trouwens, voor de intrede van computers, aan doorgedreven vormoptimalisatie van structuren gedaan: midden vorige eeuw waren we pionier op vlak van het ontwerp van zogenaamde betonnen schaalconstructies (met o.a. André Paduart als voornaamste onderzoeker): zo’n ‘vormactieve’ structuren leiden tot extreme materiaaloptimalisaties en ongeziene overspanningen. De culminatie van deze inzichten kreeg gestalte in de Pijl van de Burgerlijke Bouwkunde, gebouwd voor Expo 58 – een constructie die jammer genoeg werd afgebroken in 1970. Het is tekenend voor verloren gegane kennis en het gebrek aan waardering voor ons bouwkundig kunnen. Ons land staat nog altijd mee aan de wereldtop op vlak van het ontwerp, de berekening en de uitvoering van complexe bouwwerken: daar mogen we inderdaad gerust wat trotser op zijn.

Bram Vandoren is professor aan de faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen van de UHasselt.

Lees ook:

–

–

–

–