Langste 3D-geprinte brug ter wereld rolt uit de printer

In de printfabriek is op 13 mei gestart met het printen van de verschillende elementen van dit unieke ontwerp. De brug bestaat uit vijf organisch ogende overspanningen, rustend op kelkvormige pijlers. Elke overspanning bestaat uit verschillende geprinte elementen die zijn voorgespannen. De vijf brugdelen samen vormen een brug met een lengte van 29 meter. Een organisch geheel. Allemaal vormen die je met traditionele bouwmethodes niet had kunnen realiseren met beton. Dat is een van de vele voordelen van 3D-betonprinten. De robot die alle elementen print, kan namelijk heel veel verschillende vormen printen zonder de (vorm)beperking van bekistingen. Dat vergt ook wat van de ontwerper. Door het ontwerp te laten printen in 3D met beton ontstaan er nieuwe mogelijkheden. Het ontwerp is van Michiel van der Kley. Zijn studio is al jaren bezig met 3D-printing. In het Project Egg vraagt hij anderen onderdelen met beton te printen en hem toe te sturen; hij voegt dan later alles samen. Meer op www.michielvanderkley.nl.

Puzzelen

Van mei tot en met de zomervakantie printen specialisten van BAM Infra en Weber Beamix bijna honderd betonnen onderdelen voor de langste 3D-geprinte brug ter wereld. Al die elementen passen als een legpuzzel in elkaar. Compleet met uitsparingen om het beton te kunnen voorspannen. Na de bouwvak gaan alle elementen op transport naar de bouwlocatie. Daar begint het puzzelen. Per overspanning is het een kwestie van de juiste elementen naast elkaar zetten. Kabels er doorheen om voor te spannen en de overspanning op de juiste plek leggen. Dan volgt de afwerking en vinden de laatste tests plaats. Waar je bij traditionele ontwerpen terug kunt vallen op een reeks van beproefde normen en standaarden is dat niet het geval bij 3D-betonprinten.

Voordelen

Je kan met 3D-betonprinten ook werken vanuit een parametrisch basismodel dat je voor elk project op maat maakt door lengtes en breedtes aan te passen. En je maakt ieder element uniek door net andere vormen toe te passen. De software rekent elke aanpassing direct nauwkeurig door. Zo maak je vrij eenvoudig unieke ontwerpen. Er zit vanuit het digitale ontwerp geen interpretatieverschil tussen het ontwerp en wat de robot uitvoert. Dat reduceert foutmarges en daarmee ook faalkosten. De printer legt alleen materiaal neer daar waar het nodig is voor de constructieve sterkte van de brug. Dat is wezenlijk anders dan met een bekisting. Daar maak je een massief blok beton door de bekisting vol te storten. Door te printen ontstaan holle ruimtes in de elementen. Dit kan wel tot 30 procent aan beton schelen. Via de holle ruimtes kunnen de elementen voorgespannen worden. Maar het scheelt vooral veel in de hoeveelheid materiaal. Beton bestaat onder andere uit cement en aangezien er bij het productieproces van cement veel CO₂ wordt uitgestoten en beton een van de meest gebruikte materialen in de bouw is, valt er dus een berg CO₂-uitstoot te besparen met 3D-betonprinten. Je hebt met 3D-betonprinten ook nagenoeg geen restafval, omdat je geen bekisting nodig hebt. Dus minder materiaal en minder restafval. Dat maakt 3D-betonprinten een duurzame productiemethode.
3D-betonprinten vergt minder arbeid, omdat er bijvoorbeeld zonder bekisting gewerkt kan worden. Het is ook nog eens een zeer snelle manier om betonnen elementen te fabriceren. Het is de verwachting dat op termijn printen veel goedkoper zal zijn, met minder mensen op de bouwplaats, minder faalkosten en minder materiaal. Duurzaam, digitaal en circulair zijn de trends waar de bouw in mee moet.

Materiaaltechnologie

Het mengsel waarmee geprint wordt, is een mortel die bij beweging vloeibaar blijft en bij stilstand uithardt. Het printen van de elementen gaat laagje voor laagje. Weber Beamix heeft een mortel ontwikkeld die hard genoeg is om te blijven liggen zodra het de printkop uit is en zacht genoeg is om de hechten aan de volgende of naastgelegen laag. Maar de mortel is ook sterk genoeg om alle bovenliggende lagen te kunnen dragen. Het printen in de faciliteit gaat tot 3 meter hoog. De onderste lagen moeten het gewicht van al die lagen erboven kunnen dragen. Als je een geprint element ‘doorsnijdt’, is het een homogene en sterke basis zonder dat de laagjesstructuur is terug te zien, behalve aan de zijkanten. Ook kan er een staaldraad meeprinten worden om de elementen van nog meer constructieve sterkte te voorzien. In de eerste 3D-geprinte brug in Gemert zat wel 20 km staaldraad verwerkt.

Bewezen technologie

Er bestaan voor 3D-betonprinten nog geen beproefde normen en standaarden. Rijkswaterstaat en Nijmegen hebben als opdrachtgevers lef getoond om toch in te zetten op deze innovatie. Je kan dus niet toetsen of het kunstwerk voldoet aan de gestelde eisen om de veiligheid van de gebruikers te garanderen. De brug komt in het openbaar gebied te liggen en de veiligheid van de gebruikers van de brug staat uiteraard voorop. Vanuit opdrachtgevers, maar zeker ook voor de bouwers. Alleen met kwalitatief betrouwbare eindproducten kan deze innovatie het schoppen tot een concurrerende productiemethode voor betonnen bouwwerken.
Daarom werken de betrokken marktpartijen Weber Beamix, BAM Infra, Summum Engineering en Witteveen+Bos samen met de TU Eindhoven als kennispartner om van deze innovatie een bewezen technologie te maken. In de printfabriek test de TU Eindhoven 1:1-schaalmodellen van de brug. Metingen hebben uitgewezen dat de brug meer dan sterk genoeg is om de fietsers en voetgangers te kunnen dragen. De omwonenden kunnen dus veilig over de brug wandelen of fietsen. Het leert de betrokken partijen om weer verder te ontwikkelen. Kan het met nog minder materiaal? Zodat er nog duurzamer en sneller geproduceerd kan worden? En kunnen er stappen gezet worden naar grotere constructies. Daarmee zou de wereldprimeur van de langste geprinte fietsbrug ter wereld weleens snel uit de boeken kunnen verdwijnen.

Bert Ooms is communicatiespecialist bij BAM Infra.