nieuws

Waren de bollen de boosdoener bij de parkeergarage in Eindhoven?

bouwbreed Premium 12366

Waren de bollen de boosdoener bij de parkeergarage in Eindhoven?

Tussen alle oorzaken die zijn onderzocht voor de instorting in Eindhoven is er steevast één over het hoofd gezien: De kunststof bollen in de vloeren. Het harde polyetheen heeft volgens werktuigbouwkundige Frans Versteeg door grote temperatuurverschillen de dakvloer van de parkeergarage misschien wel uit elkaar gedrukt.

Het idee druist tegen de intuïtie in. Die kunststof bollen, bedoeld om beton uit te sparen, die flinterdunne eierschaaltjes hebben de vloer van de parkeergarage in Eindhoven misschien kapot gedrukt. “Uitgesloten”, is de eerste reactie van menigeen. Ook van gerenommeerde constructeurs die Cobouw benadert. Maar zodra er wordt doorgevraagd en er wat grove berekeningen worden voorgehouden slaat toch de twijfel toe. “Misschien zou het kunnen. Als je het zeker wil weten moet je er om te beginnen wat verkennende berekeningen op loslaten en misschien wel experimenteel onderzoek doen.”

Dat is precies wat Frans Versteeg, werktuigbouwkundig ingenieur in ruste, beoogt. Het idee dat de bollen een rol kunnen hebben gespeeld bij het bezwijken van de parkeergarage hield hem al bezig vanaf het moment dat de onderzoeken van Hageman en TNO werden gepubliceerd, vertelt hij. “Van eierschalen is alom bekend dat die opvallend grote krachten kunnen opnemen, zolang je die krachten gelijkmatig en heel voorzichtig aanbrengt. In die bollenvloeren van de parkeergarage in Eindhoven zou wel eens het omgekeerde kunnen zijn gebeurd. Daar hebben die ‘eierschalen’, in de vorm van de  kunststof bollen, de vloer misschien wel uit elkaar gedrukt. Doordat ze langzaam zijn uitgezet als gevolg van de gestaag oplopende temperatuur tijdens de bouw. Met name de dakvloer stond aan grote temperatuurverschillen bloot. Hij werd begin februari gestort bij een paar graden boven nul, terwijl op het moment van de instorting de temperatuur van die vloer richting de 50 graden ging.”

Frans Versteeg

Die cijfers verzint Versteeg niet zelf, die staan haarfijn te lezen in de rapporten van TNO en Hageman. De hoge temperatuur op de dag van de instorting, 27 mei was volgens de onderzoekers de trigger voor de instorting. Die bracht het gebrek aan afschuifsterkte aan het licht rondom de voegen van de bollenvloeren. Dat was terug te voeren op de geringe hechting van de opstortlaag en het spiegelgladde prefabdeel gemaakt van zelfverdichtend beton.

HDPE zet vijftien keer meer uit dan beton als de temperatuur stijgt

Versteeg doet daar niks aan af. Het probleem van de slappe voegen is reëel. Maar het verbaast hem, na uitvoerige studie van de rapporten dat de thermische stress van de kunststof bollen helemaal niet is meegenomen. “Ik weet ook wel dat bouwkundigen en constructeurs minder bekend zijn met lineaire elasticiteit en het gedrag van kunststoffen, dan werktuigbouwers. Maar HDPE, waarvan die ballen zijn gemaakt, zet vijftien keer sterker uit dan beton onder invloed van temperatuur. Dat levert enorme spanningen op in je constructie waar je niet zomaar aan voorbij kunt gaan.”

Het is misschien wel net zo’n blinde vlek als dat overschakelen op zelfverdichtend beton bij de productie van de vloeren waardoor de afschuifsterkte te laag werd. Versteeg heeft de hele wereld afgestruind naar een studie over de thermische stress van de ballen, van vloeren van Bubbledeck of concurrenten. Maar nergens is hij ook maar de kleinste verwijzing tegengekomen naar het fenomeen. Terwijl het vooral bij dakvloeren een grote rol kan spelen. Die staan ’s winters bloot aan vorst terwijl s’ zomers soms de temperatuur door felle zon tot boven de vijftig graden kan oplopen.

Elke bol drukte met een kracht van zo’n  4 ton van binnenuit op het beton

Versteeg rekent voor: de bollen in Eindhoven hadden een diameter van 36 centimeter en wilden op 27 mei als gevolg van een temperatuurstijging van 40 graden sinds het aanbrengen wel een centimeter in omtrek toenemen. Daarmee oefenden ze een kracht van een kleine 4 ton uit op hun omgeving. Aangezien er bijna 6 bollen per vierkante meter worden toegepast leveren die een totale kracht van zo’n 20 ton per vierkante meter op. En dat is veel meer dan waarop de garage was berekend. Een geparkeerde auto komt nog niet tot een kwart ton per vierkante meter, een fractie van die belasting.

Jan Peeters, technisch brein en oprichter van kunststof bruggenfabrikant FiberCore, heeft de breedplaatvloerdiscussie die de bouwwereld sinds driekwart jaar in haar greep heeft niet heel goed gevolgd. Maar hij wil via de telefoon voor de vuist weg wel reflecteren op het idee van Versteeg. Fenomenologisch klopt het volgens Peeters, maar of bollen met een wanddikte van 3 mm grote kracht kunnen uitoefenen waagt hij te betwijfelen. “Die bollen zijn namelijk niet zo homogeen. Door het rotatiegieten waarmee ze worden vervaardigd is de wand ongelijkmatig van dikte. Op zo’n onzuiverheid zal zo’n bol eerder geneigd zijn uit te knikken onder grote druk. Dat lijkt me waarschijnlijker dan dat hij al die kracht op het beton overdraagt. Net als een ping-pong balletje soms plotseling indeukt onder hoge belasting. Daar komt bij dat de stijfheid van HDPE sterk afneemt met het stijgen van de temperatuur en dat het materiaal visco-elastisch is: twee aspecten die de opbouw van hoge thermische krachten tegenwerken. Om het precies te weten zou je een knikberekening moeten uitvoeren. Ik zou nog eerder verwachten dat de gasdruk in de bal door het temperatuurverschil van 40 graden een rol speelt dan de uitzetting van het materiaal zelf.”

Datlaatste dacht Versteeg aanvankelijk ook, maar hij gaat er vanuit de bol niet luchtdicht is en de betonnen kamer waarin die zit waarschijnlijk ook niet. Maar zelfs als alles dicht zou zijn, neemt de gasdruk volgens hem met maximaal 0,15 bar toe. Dat is verwaarloosbaar ten opzichte van de druk door uitzetting van de kunststof. Het scheelt een factor 25.

Net als Jan Peeters van FiberCore raadt Jan Font Freide van HaskoningDHV aan een eindige elementenberekening uit te voeren. Zijn gevoel zegt hem dat het wel zal meevallen met die krachten die de ballen op het beton uitoefenen, De wand van die ballen is daar volgens hem niet stijf genoeg voor. En ook het beton zelf is niet overal even sterk, waardoor inderdaad het gevaar bestaat dat de bal zal uitknikken. Dat werktuigkundige Versteeg niet zelf even zo’n berekening uitvoert begrijpt Font Freide wel. “Daar heb je gespecialiseerde software voor nodig, en het modelleren is arbeidsintensief. Daar is een expert zomaar een maand mee bezig. Dat doe je niet even op een achternamiddag op je zolderkamer. “

Schadegevallen met bollen vol ijs zijn wel bekend

Als de uitzetting van die bollen echt zo’n factor was zou Font Freide verwachten dat hij het wel eens was tegengekomen in zijn constructeurscarrière. Hij is wel eens bij een schadegeval geroepen, waar een stuk beton aan de onderkant van een bollenvloer was afgedrukt. Daar bleek na onderzoek een bol lek te zijn en vol te staan met water dat bij vorst was bevroren. “De kracht van massief uitzettend ijs is bekend. Ik betwijfel of de dunne wand van zo’n bol een vergelijkbaar effect kan hebben. Maar het kan wellicht geen kwaad eens wat verkennende berekeningen uit te voeren. Je hoeft echt niet meteen met een zwaar eindige elementenprogramma aan de slag. Dat kan altijd nog.”

Dat is ook precies waar Versteeg voor pleit. Hij heeft zijn bevindingen persoonlijk afgegeven bij de Onderzoeksraad voor Veiligheid en gestuurd naar Simon Wijte van bureau Hageman en een handvol andere gerenommeerde constructeurs.

Versterkingsmaatregelen met  ankers met epoxy zijn misschien nog wel veel erger

“Ik zeg niet dat het probleem met de gebrekkige afschuifsterkte rond de voegen niet speelt, maar dit kan òòk een rol spelen. Het is een aspect waar constructeurs niet zo snel aan zullen denken. Als ik dan ook nog eens lees dat er nu gebouwen zoals het Voorzetgebouw in Utrecht en het Noma gebouw in Amsterdam worden aangepakt met ankers met epoxyhars rondom dan slaat de schrik me om het hart. Zo’n gesloten cilinder van epoxyhars kan nog veel grotere thermische stress veroorzaken dan zo’n holle bol van polyetheen. Het fenomeen kan ook gevolgen hebben voor de brandveiligheid van de vloeren. Misschien moet daar ook opnieuw naar gekeken worden. Misschien kunnen ze praktijkproeven uitvoeren op de vloerdelen die de OVV heeft laten verwijderen tijdens de sloop van de parkeergarage.”

Versteeg vindt niet elke kunststof specialist aan zijn zijde. Volgens Jos de Haan van Beuker Kunststoffen is het kruipgedrag van HDPE berucht. Het materiaal geeft mee onder druk en vervormt. Een simpel proefje maakt dat volgens hem duidelijk. “Neem twee platen HDPE boor er een gat in en plaats daar een bout doorheen waarvan je de moer flink aandraait. Echt tot je er geen beweging meer in krijgt. Een week later zit die moer los. Het HDPE heeft compleet meegegeven. Het is namelijk erg elastisch.”

Bij elkaar is het effect van al die zachtjes drukkende bollen heel groot

Versteeg heeft daar uiteraard ook aan gedacht, maar dat fenomeen doet zich volgens hem voor bij de enorme spanningen die optreden als je bouten met momentsleutels gaat aandraaien. In het geval van die opwarmende bollen in de vloeren kom je niet in de buurt van dergelijke krachten en blijf je ver onder de elasticiteitsgrens. Maar bij elkaar opgeteld, is het effect van al die zachtjes drukkende bolletjes heel groot. Ze liggen vaak niet verder dan vier centimeter uit elkaar, dus er zit maar weinig beton tussen. Ook boven en onder zit niet veel meer dan vier centimeter beton. Dat druk je zo weg.”

Ik pleit niet tegen het gebruik van vloeren met gewichtsbesparende elementen. Het is een hele slimme oplossing die veel onnodig materiaalgebruik voorkomt. Maar misschien kun je hem beter niet als bol uitvoeren. De schaalwerking van de bol, die in zoveel omstandigheden prettig is omdat je met weinig materiaal veel kracht kunt opnemen, werkt in dit geval averechts. Of je moet een flexibeler materiaal nemen in plaats van dat sterke HDPE.“

 


 

 

 

 Stille sluipmoordenaars

Al zoekend op internet kon Frans Versteeg maar moeilijk informatie  vinden die hij nodig had over de bollen van hoge dichtheid polyetheen (HDPE). Wat weegt zo’n bal precies? Hoe dik is de wand? Hoe worden ze gefabriceerd? Het bollenvloersysteem is wel gecertificeerd, maar dat geldt niet voor alle afzonderlijke onderdelen, zoals de ballen. Uiteindelijk heeft Versteeg een bol bij een mock-up van het innovatiecentrum Duurzaam bouwen in Rotterdam kunnen wegen. Hij is ook naar Eindhoven gereden en heeft daar met enige moeite een bal ontvreemd van de ingestorte parkeergarage, die op dat moment werd gesloopt. Hij kreeg een kapotte bol in handen, maar wel een originele. Dat bevestigde Versteegs vermoeden: zo’n bol van HDPE is veel sterker dan mensen denken. “In de bouw is nou eenmaal weinig ervaring met thermische stress. Gevoelsmatig denken mensen snel dat het wel meevalt. Maar vergis je niet: materialen kunnen onvermoede krachten uitoefenen. Met WC-papier, hoe slap ook, kun je iemand vermoorden. Je wikkelt iemand er compleet mee inwikkelt, zodat hij niet meer los kan komen, en hij stikt of verhongert.”


 

 

Zachtjes drukkende bollen

  • Diameter bollen 360 millimeter, HDPE, wanddikte 3 millimeter
  • bijna 6 bollen per vierkante meter
  • uitzetting HDPE is 15 x sterker dan beton
  • bij 40 graden temperatuurverschil neemt de omtrek van de bal een centimeter toe.
  • Luchtdruk in de bal neemt 0,15 bar toe. Het effect van de uitzettende bol is 25x sterker.
  • Daarbij oefent te bal een kracht uit zo’n 4 ton op zijn directe omgeving
  • Drukspanning in wand van de bal: 11,5 MPa. (kan HDPE makkelijk hebben)

 

Reageer op dit artikel