UDC 69.014.
IJzerconstructie /-
Iron
construction
RVblad 01-1
Restauratie en renovatie van oude ijzerconstructies Restoration and renovation of old iron constructions 111. W.J. van Rooden en ir. P.K. van der Schuit
r
Inleiding Mede als gevolg van de toenemende belangstelling voor de jongere bouwkunst en de problematiek rond de instandhouding, komen de ruimtevormende ijzerconstructies steedsmeer in de aandacht te staan. In de 19de eeuw, doch ook nog in de 20ste eeuw, zijn er zeer veel geconstrueerd. Stationsoverkappingen, fabrieksgebouwen, paviljoens, palmenkassen en serres zoals die bij het Koninklijk Paleis te Laken in België afb. 1 - 5, spraken en spreken zeer tot de verbeelding. Het gebruik van het ijzer en de toepassing van de nieuwe mogelijkheid tot construeren leidden tot zeer imposante bouwwerken en interieurs afb. 6. Ook veel waterbouwkundige constructiewerken als bruggen werden en worden nog steedsgerealiseerd. Het construeren en detailleren bereikte een hoge graad van perfectie afb. 7 en 8. De technische staat van de stationsoverkappingen, die vaak ouder zijn dan honderd jaar, en de toename van het reizigersvervoer per rail, heeft er toe geleid dat de Nederlandse Spoorwegen in 1988 een meerjarenprogramma vaststelde voor het restaureren en renoveren van stationsgebouwen. De grote ijzeren constructies die de perrons, wachtkamers en sporen overkappen, vormen een belangrijk onderdeel van deze gebouwen. Met het realiseren van de renovaties traden de technische problemen van die constructies aan het daglicht. Naast de renovatie van die grote ijzerconstructies zijn er recent ook andere overkappingen gerenoveerd, zoals de overkapping van de Wintertuin van hotel Krasnapolsky te Amsterdam afb. 9, de palmenRDMZ RV 1993/31
13
1 Débarcadère - inkomhal 2 Palmenserre 3 Sacristie* 4 Ijzeren kerk* 5 Palmenpaviljoen ’ 6 Azaleaserre 7 Geraniumgalerij (eerste deel) 8 Dianaserre 9 Geraniumgalerij (tweede deel) 10 Spiegelserre 11 Ondergrondse galerij 12 Embarcadère 13 Kongoserre 14 Winterhof 15 Maquetserre’ 16 Orangerie-uitgang 17 Theaterserre 18 Eetzaal l
l
* niet toegankelijk voor het publiek 1. Laken (België), Koninklijke serres, plattegrond. 2. Laken, Win terhofserre. Zicht in de bekroning.
3. Laken, Winterhofserre. Glazen koepel met zicht op de ijzeren luchtbogen.
IJzerconstructie
RVblad 01-2
6 4. Laken, Kongoserre. Gietijzeren kolom met ijzeren spantbeen. 5. Laken, Kongoserre. Detail afb. 4, gietijzeren kolomvoet met ijzeren span tbeen op gietijzeren fundatieblok dat op een zandstenen plaat draagt.
6. Den Haag, Paleis van Justitie. V.m. bibliotheek. 7. Den Haag, station Hollands Spoor. Luifel boven de entree.
IJzerconstructie
RVblad 01-3
kassen in de botanische tuinen van Kew nabij Londen en die te BerlijnDahlem. Over deze renovaties zijn artikelen verschenen in de vakpers. Deze artikelen bleken na analyse van de beschreven technische problematiek, nogal wat overeenkomsten te vertonen. Met het beschrijven van de in de vakpers genoemde voorbeelden wordt in dit artikel volstaan. Telkenmale keerde de problematiek terug van het construeren met twee verschillende materialen als ijzer en gietijzer. De meeste schade ten gevolge van corrosie kwam voor in die constructies. Ook het belang van deskundig uitgevoerd vooronderzoek bleek evident. De analyse maakte duidelijk dat de kennis van
9. Amsterdam,
Krasnapolsky.
[[zeren overkapping
van de Win tertuin.
de diverse materiaalsoorten niet overal even ruim voorhanden was. Ook bleek dat de oorzaken van de corrosieprocessen niet altijd voldoende werden onderkend. Urn die reden zal dit artikel ook kort ingaan op de gebruikte materialen en hun eigenschappen. Ook zal er aandacht worden besteed aan reinigings-, conserveer- en brandbeveiligingstechnieken. Met dit artikel wordt de lezer geïnformeerd over de gesignaleerde problemen en van mogelijke oplossingen. Er wordt opgewezen dat in dit artikel niet alle kennis van de corrosieproblematiek overgedragen wordt. Dat probleem is dermate complex dat wellicht een apart artikel daarin kan voorzien. In het artikel zal dezelfde volgorde van werkzaamheden worden aangehouden als in de renovaties gebruikelijk is. Voorbereiding en vooronderzoek Archiefonderzoek
Het instellen van een onderzoek naar gegevens betreffende de bouw is van belang. Oude documenten zoals tekeningen afb. 10, bestekken en berekeningen kunnen een waardevolle bijdrage leveren aan het opstellen van het renovatieplan. Wanneer de oude plantekeningen ontbreken, zal de constructie met details opgemeten moeten worden en de aard van het materiaal aangegeven, een tijdrovende activiteit. De kosten die verbonden RDMZ RV 1993131 - 14
IJzerconstructie
I
zijn aan het instellen van een archiefonderzoek kunnen ruimschoots opwegen tegen de kosten van het maken van opmetingen van de constructies. Het is van belang kopieën te maken van de originele stukken en daarmee te werken. Kopieën van de tekeningen kunnen als ondergrond dienen voor het te ontwerpen renovatieplan. Het is echter ook van belang het ontwerp te vergelijken met de huidige situatie. Met behulp van die kopieën kan er onderzocht en vastgelegd worden of er veranderingen of verbouwingen hebben plaats gevonden. Bij perronoverkappingen van stations is dat bijna altijd het geval, omdat tijdens de bouw geen rekening gehouden hoefde te worden met de bevestiging van elektrische bovenleidingen. Ook de introductie van dragers van elektrotechnische en
-
RVblad 014
10. Amsterdam, 1879. Historisch
Krasnapolsky. topografische
Ontwerptekening van de Wintertuin, architect atlas Gemeentelijke Archiefdienst Amsterdam.
ll. Zwolle, station. Aan ingebrachte
liggers zijn o.m. de bovenleidingen
G.B. Salm,
bevestigd.
Ijzerconstructie
RVblad 01-5
uitwerken van de tekeningen kunnen vervolgens stramienlijnen in de ontmoetingspunten van de stramienlijnen, de opgemeten kolommen, liggers en spanten worden geplaatst. Afwijkingen in elke richting kunnen worden vastgelegd. Elk hoofdconstructiedeel dat zich herhaalt, zoals kolom, ligger of spant behoeft slechts éénmaal opgenomen te worden omdat er vaak sprake is van een serieproduktie.
12. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Een gedeelte van de opgemeten ijzerconstructie. De nieuwe kolommen zijn reeds ingetekend. Tekening van adviesburo D3BN.
aanverwante installaties vond na de voltooiing van de gebouwen plaats.
Vaak werden daarvoor aanvullende constructies ingebracht, zoals deze in de sikkelspanten van de perronoverkapping van het station te Zwolle te zien waren afb. 11. Het archiefonderzoek, dat ingesteld werd ten behoeve van de renovatie van de kappen van station Hollands Spoor te Den Haag (1888 -1893), leverde grafische berekeningen volgens de methode Cremona op. Gegevens als deze kunnen inzicht verschaffen in de gehanteerde wijze van berekenen. Er zou ook gecontroleerd kunnen worden of de resultaten van die grafische methode toegepast zijn. RDMZKV 1993/31 -15
Opmeten Wanneer er geen tekeningen in archieven aanwezig zijn, zal het nodig zijn de constructies op te meten. Niet alle onderdelen behoeven daarbij telkens te worden opgemeten afb. 12. Soms kan er volstaan worden met het schematisch aangeven van de constructie afb. 13. Bij grote ijzerconstructies is het belangrijker te volstaan met het inmeten van stramienmaten, zowel in het horizontale- als verticale vlak. In het horizontale vlak zou deze meting zowel aan de basis van de kolommen als aan de kop gedaan kunnen worden. Afwijkingen als gevolg van vervormingen kunnen daardoor zichtbaar worden. Bij het
Onderzoek aan de constructie Naast het archiefonderzoek en de vergelijking van de oorspronkelijke toestand met de huidige toestand, is het noodzakelijk alle onderdelen van de constructies aan een systematisch onderzoek te onderwerpen. Er moet nagegaan worden wat de kwaliteit van het aanwezige constructiemateriaal is en of het er nog wel is; ook wat de diktematen van constructiedelen zijn. In de palmenkas van Kew werden daartoe gaten geboord om de dikte van het materiaal vast te kunnen stellen. Uit de praktijk is gebleken dat er ook materiaal kan ontbreken doordat het corrosieproces te zeer van binnen uit is voortgeschreden. Dat dit grote invloed heeft op de kwaliteit van de gehele constructie moge duidelijk zijn en benadrukt het belang van een grondig onderzoek. De houten funderingspalen van het keukengebouw dat aan de Wintertuin van Krasnapolsky grensde en waarop de helft van de daklast rustte, zijn op draagkracht onderzocht door middel van het aanbrengen van vijzels en meting van de druk. De palen bleken voor hun nieuwe functie, over voldoende draagkracht te beschikken. De metingen, met een tussentijd van een jaar, die werden verricht aan de vloer van de Wintertuin gaf aan dat de gehele constructie instabiel was afb. 14. Het onderzoek toonde aan dat de Wintertuin op drie verschillende funderingen was gefundeerd, waarbij ook nog twee verschillende systemen werden vastgesteld. Dit voorbeeld toont aan dat het onder-
Ijzerconstructie
RVblad 01-6 zoek niet alleen de te restaureren ijzerconstructies moet omvatten, maar het gehele gebouw. Het is zinloos een ijzerconstructie te restaureren die op een fundatie staat die door zettingsverschillen tot deformaties kunnen leiden van diezelfde ijzerconstructies. In het onderzoek dient het bouwhistorische aspect niet te ontbre-
ken. Onderzoek aan de ijzeren rijtuigenkap die voor het station Hollands Spoor te Den Haag staat, wees uit dat deze kap eerder een functie vervulde als perronkap over de sporen van het eerste station, dat uit 1843 dateerde. De kap werd in 1890 naar het voorplein verplaatst en functioneerde ten behoeve van de tram naar Scheveningen. Tegenwoordig functioneert de rijtuigenkap als overkapping van fietsenstallingen en taxi's afb. 15 en 16.
Programma van eisen Het programma van eisen geeft aan waaraan het gebouw voor een 13. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Schematische weergaven van het oude spant.
bepaalde periode moet voldoen. De
Tekening adviesburo D3BN.
Nederlandse Spoorwegen stelt daarvoor een termijn van vijftig jaar. Het programma is een factor
14. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Tekening met aanduiding van hoogteverschillen.
van betekenis aangezien het inzicht moet verschaffen in het toetsen van de gebruiksmogelijkheden van het gebouw voor de toekomst. De
continuering van de functie wil
0
7
2
3
4
5
lOm
niet altijd zeggen dat er geen veranderingen noodzakelijk zouden zijn. Op toekomstige ontwikkelingen en mogelijkheden moet ingespeeld kunnen worden. Een voorbeeld daarvan is het aanbrengen van de rails in de kappen van het Centraal Station te Amsterdam. Deze rails werden tijdens de renovatie gebruikt voor het ophangen van de renovatiewerkvloeren en zullen na de renovatie dienen als geleiderails voor de werkplatforms van waaruit inspecties en onderhoudswerkzaamheden kunnen worden verricht afb. 17. De bestaande constructie is op deze nieuwe constructie doorgerekend. Tijdens de renovatie van de Wintertuin te Amsterdam zijn de in slechte staat verkerende houten gordingen in de kap vervangen
IJzerconstructie ,-
RVblad 01-7
15. Den Haag, station Hollands Spoor. Aanzicht oude rijtuigenkap. 16. Den Haag, Hollands Spoor. Detailopname afb. 15.
Andere wettelijke bevoegdheden kunnen echter aanleiding zijn de eisen van het Bouwbesluit te laten prevaleren boven die van de Monumentenwet. Wanneer dit het geval is zullen die eisen een rol moeten spelen in het cyclisch proces. Onder cyclisch proces wordt hier verstaan dat bij iedere fase van het renoveren en restaureren een toetsing plaats vindt van de monumentale waarde. Uit een oogpunt van veiligheid is het noodzakelijk dat bestaande constructies doorgerekend worden. De vergaarde onderzoeksgegevens en het opgestelde programma van eisen zijn dan onontbeerlijk. Immers, de dimensie en aard van het materiaal moet vastgesteld zijn, de kwaliteit en de functie die het heeft in de constructie als geleider van krachten naar de fundatie van het gebouw. Controleberekeningen die voor de constructie van de Wintertuin van Krasnapolsky werden gemaakt, resulteerden in een maximale staalspanning van 75N/mm2 en maximale doorbuiging in gebruiksstadium van 1/750 van de overspanning. Gelet op die lage staalspanning is toen van de beproeving van het materiaal afgezien, ook omdat de beproeving van het materiaal zou leiden tot verlies van materiaal dat beschikbaar moest blijven voor hergebruik. De constructeur, die verantwoordelijk was voor de renovatie van de Wintertuin, is er toe overgegaan monsters te beproeven van materiaal dat uit de zelfde periode dateerde. De uitslag gaf aan dat de kwaliteit St 37.2 ruimschoots werd gehaald.
door stalen kokerprofielen die tevens de noodzakelijk te herbergen leidingen bevatten afb. 18. Een goed opgesteld programma van eisen en inspelen op nieuwe ontwikkelingen kan leiden tot eigentijdse vormgeving afb. 19 en 20. RDMZRV
1993/31
- IG
Herberekenen van de constructie Volgens het Bouwbesluit, dat 1 oktober 1992 in werking trad, dienen ook bestaande constructies aan de eisen van het Bouwbesluit te voldoen. Artikel 412 maakt een uitzondering voor beschermde monumenten.
Het herberekenen van de constructie kan zich toespitsen op een aantal aspecten, namelijk: de kwaliteit van de stabiliteit, de kwaliteit van de hoofdconstructie en de kwaliteit van de overige constructiedelen als bekledingen of afwerkingen van daken, wanden en vloeren. Het uitvoeren van proeven naar de kwaliteit van het materiaal, of materialen kan gewenst zijn
Ijzerconstructie
RVblad 01-8
omdat de materiaaltechnische eigenschappen van sommige ijzersoorten onvolkomen lijken of onvoldoende bekend zijn. Ook kan het zijn dat de kwaliteit van bijvoorbeeld gietijzer nader onderzocht moet worden omdat die nogal divers is. De gevolgen van het introduceren van nieuwe krachten in de vorm van eigen gewichten en belastingen als gevolg van nieuwe constructies ten behoeve van nieuwe of gewijzigde functies moeten uiteraard meeberekend worden. Er zijn uitslagen van berekeningen bekend die aangeven dat de stabiliteit onvoldoende was of dat de hoofdconstructie bezweken had moeten zijn, zoals dat met de stationskap van Zwolle het geval was. Die kap is echter niet bezweken. Een waarschuwing voor automatismen bij het uitvoeren van berekeningen is hier op zijn plaats; er is een zeer belangrijk verschil met berekeningen in de ontwerpfase ten opzichte van de gebruikstoestand; bekend zijn de werkelijke afmetingen, de werkelijke gewichten en de werkelijke vervormingen. Dit houdt in dat de veiligheidsfactoren die hierop betrekking hebben, kunnen worden gereduceerd. Tevens is de afbouw/inbouw bekend en de staat er van. Vaak draagt deze afbouwconstructie mee: bij de berekening wordt (vaak) alleen gerekend aan de hoofdconstructie. Ook kan in zo’n geval onderzoek nodig zijn naar de windbelasting die in werkelijkheid optreedt. Het verrichten van metingen aan een schaalmodel van zo’n kap in een windtunnel kan uitsluitsel geven over een benadering van de hoogte van die belastingen. In het hoofdstuk over de stabiliteit zal daar nader op worden ingegaan. Een van de meest belangrijke aspecten van het restaureren van monumentale ijzerconstructies treedt op wanneer de constructies onvoldoende in staat blijken te zijn weerstand te bieden aan de optredende krachten. Het inbrengen van
17. Amsterdam,
Centraal Sta tion. Werkpla tforms in de kap.
18. Amsterdam,
Krasnapolsky,
Wintertuin.
Koud .qevormde stalen kabelgoten
functione-
IJzerconstructie
RVblad 01-9
nieuwe constructies kan dan leiden tot het negatief beïnvloeden van de monumentale waarde van het gebouw. In het programma van eisen zal de reden die aanleiding was voor bescherming, zonodig aangevuld met een actueel kunsten bouwhistorisch rapport, nadrukkelijk vermeld moeten zijn. De beschrijving van die waarden zal telkens als toetssteen moeten worden gebruikt tijdens alle afwegingen en beslissingen voor en tijdens het restauratieproces. Het ontwerpproces en vooral ook het renovatieproces dienen dus cyclische processen te zijn. Het cyclisch proces mag als geslaagd beschouwd worden wanneer na restauratie alle voor de restauratie aanwezige monumentale waarden behouden zijn gebleven. Alleen door het cyclisch proces uit te voeren kunnen monumentale waarden in stand blijven. 19. Den Haag, Hollands
Spoor. Interieur
wachtkamer
van perrongebouw
B.
Materiaalsoorten en -eigenschap pen IJzer- en staalsoorten
20. Den Haag, Hollands Spoor. Interieur
RDMZRV
1993/31-
17
wachtkamer
van perrongebouw
B.
Het belangrijkste bestanddeel van alle soorten ijzer en staal is het element ijzer (Fe).In de praktijk wordt 100% zuiver ijzer vrijwel nooit gebruikt. Als gevolg van de produktiemethoden komen namelijk altijd wel andere elementen in het ijzer voor. IJzer uit vroegere perioden zal meer andere stoffen bevatten dan het tegenwoordige staal. De reden daarvan is gelegen in de wijze van produceren. De tegenwoordige produktie kan meer gestuurd worden dan de vroegere. De toevoeging van andere elementen kunnen de eigenschappen van de ferrometalen aanzienlijk beïnvloeden. Om die reden worden andere elementen tegenwoordig toegevoegd, één en ander is afhankelijk van de aard van de constructie en de bestemming ervan. Men spreekt dan van gelegeerd staal. Zo kunnen ter voorkoming van roestvorming van een ferrometaal elementen aan het metaal worden toegevoegd. Een belangrijk element in ferrometalen is koolstof (C).Wanneer er geen elementen zijn toegevoegd spreekt
Ijzerconstructie
RVblad 01-10
men van ongelegeerd metaal. Er worden verschillende namen van ferrometalen genoemd. Eén van de mogelijkheden ter onderscheid tussen de diverse metalen is het koolstofgehalte in het ferrometaal. Op basis daarvan kan het materiaal worden benoemd. Smeedijzer bevat zeer weinig koolstof, is doorschoten met slak. Taai, vezelig, kan in vuur gelast worden, zacht en alleen door carboneren te harden. Staal bevat O - 2% koolstof, is homogeen en zuiver. Door variatie
van het koolstofgehalte en warmtebehandeling kunnen de meest uiteenlopende eigenschappen worden gecreëerd. Smeedbaar gietijzer. Het uitgangsmateriaal bevat 2,5 - 3,5% koolstof, maar door een speciaal gloeiproces verlaagt men het koolstofgehalte zover dat het materiaal semi taai wordt. Gietijzer bevat 2,5 - 5,5% koolstof, het is bros en goed gietbaar. De overige eigenschappen zijn afhankelijk van het gehalte aan koolstof en de afkoelsnelheid. Wit gietijzer bevat 3,2 - 4,8% koolstof. Grijs gietijzer bevat 3,5% koolstof en 2,4% silicium. Deze wijze van indelen is niet
nauwkeurig genoeg door de grote variëteit in legeringen met allerlei toepassingsgebieden. Wanneer een smid een smeedijzeren hek moet restaureren met hetzelfde type staal, dan is de omschrijving smeedijzer ontoereikend. Immers het oude smeedijzer was verontreinigd met bijvoorbeeld fosfor, koolstof, koper, mangaan, silicium en zwavel. Zwavel en fosfor maken het ijzer hard en bros en gevoeliger voor corrosie. Koper (0,15 - 0,30%) bevordert daarentegen de weerstand tegen roesten en mangaan verhoogt de sterkte. Uit een onderzoek naar diverse historische ijzermonsters van de Grote Kerk te Haarlem, de Domkerk en de Buurkerk te Utrecht werden grote verschillen in chemische samenstelling vastgesteld. Een aantal daarvan (een trekstang uit 1390 en een spie
uit 1870) bevatten ca. 0,14% koolstof.
Uitzetting De uitzetting van ijzer is een reactie op het thermische proces dat het ijzer ondergaat als gevolg van de toename van de temperatuur. Het gehele proces is een fysisch ofwel natuurkundig gebeuren. Dat proces kan bij ijzerconstructies van enige omvang leiden tot verlenging van de maten van de constructies. Tijdens daling van de temperatuur neemt de verlenging weer af. Elk materiaal kent een uitzettingscoëfficiënt die gehanteerd kan worden wanneer de lengteverandering berekend moet worden. Voor de uitzetting van het ijzer zal er ruimte moeten zijn. Is deze er niet, dan kunnen er vervormingen optreden in de constructie, of in de constructie die de eerste draagt. De uitwerking van die thermische processen is bekend. De moderne constructeur houdt er rekening mee. Een roloplegging maakt het
bijvoorbeeld mogelijk dat een spant zich zonder problemen op zijn
oplegvlak kan verplaatsen als gevolg van het uitzetten van het ijzer. Tijdens het construeren van de oudere ijzerconstructies kende men nog onvoldoende de eigenschappen van het materiaal. Tijdens het onderzoek is het van belang de constructies nabij de oplegvlakken en de oplegvlakken zelf nauwkeurig te inspecteren. De mogelijkheden tot het aanbrengen van separaties of dilataties in de constructie kunnen worden onderzocht. De mogelijkheid van een andere flexibele oplegging kan ook worden overwogen. De verschillende uitzettingscoëfficiënten geven inzicht in de toestand die kan ontstaan wanneer verschillende metalen samen onderdeel van een constructie zijn. Duidelijk moge zijn, dat uit thermisch oogpunt de materialen onafhankelijk van elkaar moeten kunnen functioneren; zie daarvoor
tabel l. Corrosie (zie ook tabel 4) Ijzer heeft tal van interessante eigenschappen. Dat was en is nog steeds de reden voor het gebruik
Tabel l. Berekeningen.
Formule voor de berekening van de uitzetting van metaal nadat er een temperatuurverschil is opgetreden. 12 = l, x [l + a (10-5.(t22-t,)]. l, is de lengte, 12 is de lengte na uitzetting, a is de uitzettingscoëfficiënt, tt is de laagste aangenomen temperatuur 10°C, t, is de hoogst aangenomen temperatuur 30°C. Wanneer deze formule wordt gehanteerd voor het berekenen van de uitzetting van de hierna aangegeven zeven metalen en een gelijke lengte en temperatuurverschil wordt aangehouden, is het resultaat als volgt: materiaal
berekening
verlenging
aluminium
L, = 20 x [l + 2,4(10-5.(30-10)] \ = 20.0096 m
9,6 mm
gietijzer
\ = 20 x [l + 1,1(105.(30-10)] 12 = 20.0044 m
4,4 mm
ijzer
12 = 20 x [l + 1,2(10'5.(30-10)] L, = 20.0048 m
4,8 mm
koper
I2 = 2 0 x [ l + I,7(10-5.(30-10)]l2 = 20.0068m
6,8 mm
lood
I2 = 2 0 x [ l + 3,0(105.(30-10)]12 = 20.0120 m
12,0 mm
tin
L, = 2 0 x [ l + 2,3(105.(30-10)]12 = 20.0092 m
9,2 mm
zink
I2 = 20x[l+3,0(10- 5 .(30-10)]l 2 = 20.0120m
12,0 mm
Ijzerconstructie
RVblad 01-11 van ijzer als constructiemateriaal. Een nadelige eigenschap van ijzer is dat het onder inwerking van de atmosfeer kan terugkeren naar de verbindingstoestand waarin het in de aarde wordt aangetroffen. Zorgvuldig onderhoud plegen, conserveren en schilderen is noodzakelijk wil het materiaal behouden blijven. Corrosie is een natuurlijk verschijnsel. Het oorspronkelijk corrosieprodukt van ijzer is ijzerhydroxyde, Fe(OH)2. Dit reageert met water en zuurstof en vormt hogere oxyden en hydroxyden, voornamelijk gehydrateerd ferri-oxyde, Fe2O3,H20) en magnetiet, Fe04. De meeste roestsoorten hebben gelaagde structuren en zijn bovendien meestal verontreinigd. Roest die wordt gevormd in een atmosfeer waarin zwavel en chloriden aanwezig zijn, is extra gevaarlijk door de corrosiebevorderende zouten die er dan in voorkomen. Deze zijn geconcentreerd in putten in het staaloppervlak en zijn erg moeilijk te verwijderen. De gebruikelijke schoonmaakmethoden worden met de hand uitgevoerd en zijn in dat geval niet toereikend, omdat daarbij zoutresten in de putten achterblijven die leiden tot verder roesten, blaasvorming en vaak tot snel verval van verf op geroest staal. Bij combinaties van twee of meer
metalen wordt de plaatselijke contact-corrosie nog extra versterkt door de potentiaalverschillen tussen de metalen. De spannings- of
potentiaalreeks (zie tabel 2} bepaalt hierbij samen met de hoeveelheid beschikbaar metaal, de aanwezigheid van corroderende zouten, de pH en de orde van grootte of contactcorrosie al dan niet zal optreden.
Uit tabel 2 blijkt de invloed van de opofferbare hoeveelheid onedel metaal; aluminium kozijnen kunnen worden bevestigd met bouten van roestvast staal, andersom kan dit niet. Kenmerkend is dat de aantasting van het oppervlak begint en langs chemische, fysisch-chemische of elektro-chemische weg verder het materiaal indringt. Corrosieve aantasting berust vrijwel in alle gevallen op bepaalde elektrochemische processen, waarbij de aanwezigheid van een elektrisch geleidende vloeistof (de elektroliet) een vereiste is. Water treedt vaak op als elektroliet. In het kustgebied kan de corrosie versterkt worden door de rol van zouten. Het chloride-ion lost in regenwater op. Ijzerconstructies die aan de kust staan of in een chemisch vervuild milieu verkeren, staan sterker bloot aan corrosie.
Ijzerconstructies die in verbinding staan met steenconstructies kunnen andere problemen ontmoeten. Deze staan beschreven op het RVblad Ijzer 01-13.
Stabiliteit Het begrip stabiliteit wordt als volgt gedefinieerd: stabiliteit is een evenwichtstoestand waarbij de optredende spanningen niet alleen afhankelijk zijn van de belastingen maar óók van de vervormingen.
De overkapping van station Hollands Spoor te Den Haag (1888-93) Het hoofdgebouw en de gebouwen A, B en C zijn voor de ijzerTabel 2. Spanning- of potentiaalreeks. metaal
chem. symb.
norm.
potentiaal
goud
Au
+ 1,38 het meest
zilver
Ag
koper
Cu H Pb Sn Ni
+ 0,80 + 0,35 0,00 -0,12 -0,14 -0,23 -0,44 - 0,56 -0,76 -1,70
edel
waterstof lood
tin nikkel ijzer chroom
zink aluminium magnesium
Fe Cr Zn Al
Mg
- 2,40 het minst edel
21. Den Haag, Hollands Spoor. Plattegrond.
grens van de overkapping \ i J
spoor 3 spoor 2
spoor l
perrons in renovatie voormalige rijtuigenkap
entree gebouw
O 10 20
RDMZRV 1993/31-18
50 m
IJzerconstructie
RVblad 01-12
I
/
I
/
I
/
22. Den Haag, Hollands Spoor. Plaatsing van spantbeen en been van tralieligger op perrongebouw B.
constructies van het station Hollands Spoor belangrijke objecten als geleider van de horizontale krachten naar de funderingen afb. 21. De overkappingen worden voor een deel gedragen door deze bouwdelen afb. 22. Na de brand op 15 oktober 1989 bleek het reizigersgebouw B dermate instabiel te zijn dat er besloten moest worden het inwendig met betonwanden te versterken. De ijzerconstructies waren niet van dilataties voorzien. Deze zijn tijdens de renovatie ook niet aangebracht. Er zijn overigens wel vervormingen geconstateerd. Dit heeft niet geleid tot het alsnog inbrengen van dilataties. Het is denkbaar dat de ruimten in de met klinknagels verbonden constructiedelen samen voldoende gelegenheid voor het opvangen van de gevolgen van de uitzetting van de ijzerconstructies bieden. Deze aanname volgt uit de volgende formule en berekening. l,=l,[l+a($-t,)]. De ijzeren kappen zijn 210 m lang, 1, is dus 210 m. Voor t, wordt 30°C aangehouden en voor t, 10°C.Er is dus een verschil van 20°C. De uitzettingscoëfficiënt (a) van ijzer is 1,2~10-~. De nieuwe lengte is dan 1,=210[1+1,2x10-5(30-10)= 210,0504 m. De verlenging is dus ruim 5 cm.
I 12345m 1-11,
I
I
1
23. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Tekening van kolommen met spanten zonder dwarsverbinding, voor de restauratie. 24. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Tekening van kolommen met spanten en dwarsverband, na de restauratie.
-
I
/
I I
I
I
1
I
I 12345m r---I
De Wintertuin van hotel Krasnapolsky te Amsterdam (1879)
De spanten waren niet voorzien van enig verband in de richting haaks op de richting van de spanten ai%. 23. De aangrenzende gebouwen hielden in feite dit ‘kaartenhuis’ in stand. Tijdens de renovatie zijn in de langswanden stabiliteitsverbanden aangebracht.
Deze zijn in de betimmeringen opgenomen afb. 24. Kwaliteit van de hoofdconstructie De Wintertuin Krasnapolsky
van hotel
Uit de resultaten van het vooronderzoek bleek dat de fundering onvoldoende was. De vloer bestond uit een gemetselde constructie die
Ijzerconstructie
RVblad 01-13 10
15
r\
20 m
10
15
20 m
r\
H
a 25. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Schematische doorsnede met belendingen, voor de restauratie.
26. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Schematische doorsnede met belendingen, na de restauratie.
op staal gefundeerd bleek te zijn. De belastingen van het dak van de Wintertuin werden afgevoerd via
aan de houten paalfunderingen van de beide belendende ruimten, de voormalige biljartkamer en de keuken afb. 25. De biljartkamer en
houten gordingen, spanten en gietijzeren en houten kolommen. Die kolommen droegen hun last af
de Wintertuin kregen een geheel nieuwe fundering van in de grond
27. Amsterdam, Krasnapolsky, Wintertuin. Overzichtstekening met diverse funderingstypen en dilatatie.
A houten palen B houten palen en betonopzeF" C houten palen en pulspalen
D pulspalen Ebetonpalen _ _ _ _ _ dilataüe
RDMZ RV 1993/31 -19
O 5 W
20
30 m
gevormde palen afb. 26. De fundering van de Wintertuin diende te worden gedilateerd ten opzichte van de houten paalfundering van de keuken. Door de Wintertuin na meer dan een eeuw een eigen
fundering te geven, kon de overbelasting op het oude keukenfundament ongedaan gemaakt worden. De verschillende wijzen van funderen (houten palen met en zonder oplanger, betonpalen, pulspalen en in de grond gevormde palen) noopten tot het aanbrengen van meer dilataties in het hotelcomplex afb. 27. De palmenkas te Kew (1848) De smeedijzeren spanten van de palmenkas te Kew bij Londen stonden oorspronkelijk in gietijzeren schoenen. Deze verbindingen kunnen als scharnierend worden beschouwd. De ruimten tussen de schoenen en de spantvoeten waren aangegoten met lood afb. 28. De kwaliteit van die constructie liet zeer te wensen over. De corrosie van het smeedijzer zal ongetwijfeld bevorderd zijn door het samen voorkomen van gietijzer, smeedijzer en lood en het condenswater dat langs de spanten in de voetconstructie terecht gekomen is. Hier dient de vraag gesteld te worden in hoeverre kunststof een functie kan vervullen als een neutrale zone tussen de verschillende metalen. Welke functie zouden kunststofringbanden om bulbvormige spanten als geleider van condenswater kunnen hebben? Versterking en verstijving zijn gevonden door de voet van het spant in beton te storten, waardoor het spant nu kan worden opgevat als zijnde ingeklemd in de fundering afb. 29. Het principe van de scharnierende voetconstructie is daarmee teniet gedaan. De beweging van de boogspanten als gevolg van de uitzetting van het smeedijzer kan, doordat de voeten nu in de beton zijn gestort, niet meer vrij plaats vinden. Naar verwachting zullen de betonvoeten waarin de boogspanten zijn opgenomen op de grensvlakken van de
IJzerconstructie C
RVblad 01-14
28. Kew Gardens, bij Londen, palmenkas. Een der span tbenen.
De resultaten van het windtunnelonderzoek aan het schaalmodel van de palmenkas te Kew wezen uit dat de boogspanten onvoldoende gedimensioneerd waren. De smeedijzeren I-bulbvormige boogspanten werden versterkt door het aan boven- en onderzijde lassen van strippen. Op die wijze voldeden de boogspanten aan de eisen. Het is niet duidelijk uit welk materiaal de strippen zijn vervaardigd. Indien er sprake is van het aan elkaar lassen van twee verschillende metalen kan dat tot problemen aanleiding geven. Het vochtige klimaat van de kas kan daaraan eveneens een bijdrage leveren.
van die naden de verlenging als gevolg van de uitzetting van het ijzer zou kunnen compenseren. Het is niet bekend of die compensatie werkelijk door die naden wordt geleverd. De projectleider van het werk, ing. L. Könemann, heeft wel vervormingen waargenomen. Er werd ook geconstateerd dat de afstanden tussen de klinknagels (naar huidige maatstaven gemeten) te groot waren gekozen waardoor er kieren ontstonden die slecht konden worden onderhouden. Die afstanden zijn nu aan normen gebonden. Door die naden zijn de constructies niet te onderhouden en dus een probleem voor de instandhouding. Er werd gekozen voor de vervanging van het materiaal en de toepassing van gelaste verbindingen, in plaats deze te klinken. Het karakteristieke aanzicht van constructies met geklonken verbindingen is daarmee helaas verdwenen. De mogelijkheid doelmatig onderhoud te plegen, is belangrijk toegenomen. Constructies met geklonken verbindingen behoeven niet per definitie inferieur te zijn. Ook aan ook andere constructies zijn ontwikkelingsproblemen af te leiden. Vroeg ontworpen betonconstructies zijn daar een voorbeeld van. De ijzeren
fundatie haarscheuren gaan vertonen als gevolg van het uitzetten en de beweging van de spanten. Wanneer die uitzetting zich rechtlijnig zou ontwikkelen, zou er sprake zijn van een lengte van 1,=40[1+1,2x10-5(30-10)]=40.0096 m ofwel een lengtevermeerdering van 9,6 mm. Het gedeeltelijk in beton storten van ijzerconstructies leidt tot corrosie ter plaatse van de ontmoeting. In het Centraal Station te Amsterdam werd dat probleem eveneens geconstateerd ter plaatse van de doorgang van spantbenen in perronvloeren. De naad tussen ijzer en beton is toegankelijk voor het regen- of condenswater dat van de vloer en of spantbeen afkomt.
Een aantal gerenoveerde spanten van de overkapping, vervaardigd door de pletterij Enthoven te Den Haag, gingen bij de brand van 15 oktober 1989, terwijl het station in restauratie was, alsnog verloren afb. 30 en 31. De oorspronkelijke uit hoekprofielen en stripijzer en door klinknagels aan elkaar verbonden constructiedelen bleken zeer vatbaar voor roestvorming, daar de vele naden slecht konden worden onderhouden. Een positieve zijde hiervan is dat de som van de maat
29. Kew, palmenkas. Een der spantbenen met bewapening, voor het betonstorten.
30. Den Haag, Hollands Spoor. Gerenoveerde spanten, gedeeltelijk dragend op het uerronaebouw B.
De overkapping van sta tion Hollands Spoor te Den Haag (1892)
IJzerconstructie
RVblad 01-15
31. Den Haag, Hollands Spoor. De westelijke, herstelde rookkap van het station, trekstangen kruisen elkaar en zijn aan de rookkap opgehangen.
kappen van station Hollands Spoor werden in 1892 gemaakt. In december 1917 verscheen de eerste Nederlandse norm Nl, die klinknagels tot onderwerp had. De uitgave hiervan zal niet zonder reden zijn geweest.
De overkapping van het sta tion van Zwolle (1868)
De onderzoeken, uitgevoerd door de Nederlandse Spoorwegen en de Technische Universiteit Delft, toonden aan dat deze uiterst fragiele kapconstructie afb. 32
32. Zwolle, station. De kap vanuit het noorden gezien.
RDMZRV
1993/31-20
niet meer aan de eisen van veiligheid voldeed. De kap was een beschermd monument. Gietijzeren kolommen droegen 19 ranke sikkelspanten. Zowel uit constructief als materiaaltechnisch oogpunt bleek dat de kwaliteit onvoldoende was afb. 33. Berekingen, met aangenomen windbelasting, toonden aan dat de kap had moeten bezwijken. Er was echter niet duidelijk welke windbelastingen de kap nu precies te verduren kreeg. Er werd besloten tot het verrichten van een windtunnelonderzoek, dat werd voorbe reid door het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium te Marknesse. Na onderzoek aan het schaalmodel en berekening van de optredende krachten bleek deze overkapping niet aan de eisen van de TGB (Technische Grondslagen voor Bouwconstructies) 1990 te kunnen voldoen. De schadeverschijnselen die aan de spanten waren waargenomen als gevolg van de overbelasting van de sikkelspanten, in de vorm van uitgebogen staven, gebarsten kolommen en vervormde randen, werden meer verklaarbaar afb. 34. Diverse alternatieven zoals het verzwaren van de bovenrand van de spanten werden ontworpen en berekend, doch niet haalbaar geacht. Ook werd overwogen een 33. Zwolle, station. Detailopname van één der gecorrodeerde nokgordingen.
IJzerconstructie
RVblad 01-16
nieuwe draagconstructie over de oude aan te brengen afb. 35. Die oplossing kon leiden tot een goed constructief ontwerp. De vraag of er nu nog wel sprake zou zijn van een historisch waardevolle constructie moest echter ontkennend worden beantwoord. In deze situatie is het cyclisch proces doorlopen. De eindconclusie luidde dat een herstelde kap niet meer die karakteristieke monumentale waarden bevatte die aanleiding was voor de plaatsing op de lijst van beschermde monumenten. Nadat de vergunning tot sloop was verleend is de kap in 1992 afgebroken. 34. Zwolle, station. Schematische tekening van het sikkelspant met kolommen.
Kwaliteit van constructiedetails De palmenkas te Kew afb. 36
Een probleem vormde de gietijzeren goten, waarvan de randen waren afgebroken of waarin scheuren voorkwamen. Lassenvan gietijzer is weliswaar lastig maar niet onmogelijk. De afgebroken randen zijn in een oven onder hoge temperatuur aaneengelast. Scheuren zijn gedicht met een methode die voor motorblokken en machineonderdelen wordt toegepast (Metaloc-systeem).Haaks op de scheur werden een soort deuvels aangebracht van een nikkelverbinding met een hoge treksterkte. De scheur zelf werd vervolgens gedicht door het indraaien van elkaar overlappende bouten. De nieuwe glaslatten van deze kas werden in origineel profiel uit roestvast staal gewalst. De aard van de detaillering is niet bekend. Of er hier sprake is van de introductie
35. Zwolle, station. Schematische tekening van het sikkelspant met ontworpen bovenverstiyvingsconstructie.
van een toekomstig conserveringstechnisch probleem als gevolg van het samenbrengen van diverse metalen, kan derhalve niet vastgesteld worden.
36. Kew, de palmenkas Kew Gardens nabij Londen.
De Winterhrin van hotel Krasnapolsky te Amsterdam
Een bijzonder inventieve oplossing is gerealiseerd door het vervangen van de in slechte staat verkerende houten gordingen, die op de uit hoeklijnen (L-vormige stalen profielen) vervaardigde spanten waren opgelegd. Deze gordingen zijn vervangen door koud gevormde stalen kabelgoten. Door deze keuze is het karakter van de kap enig geweld aangedaan door het blijvend ontbreken van houten gordingen, doch het correct opbergen van kabels in een constructie van niveau mag als winstpunt worden aangemerkt. Behouden gaat voor vernieuwen.
IJzerconstructie
RVblad 01-17
Wanneer echter het behoud niet meer mogelijk is, ontstaat de mogelijkheid tot vernieuwing afb. 37. De palmenkas te Berlijn-Dahlem (1907)
P
De kas is ontworpen door Alfred Koerner afb. 38 en 39. In de periode 1963 - ‘68 werden er met kunststof overtrokken verzinkte stalen glaslatten toegepast als vervangers van glaslatten van Pitch pine. In 1982 werden de nieuwe glaslatten vervangen door beglazingsprofielen van aluminium. Afhankelijk van de gekozen detaillering van die beglazingsconstructie is het denkbaar dat er wederom problemen zullen ontstaan, aangezien aluminium en ijzer een potentiaalverschil hebben. Het vochtige klimaat van de kas kan een belangrijke bijdrage leveren aan het optreden van elektro-chemische corrosie. Het is niet duidelijk of de verwijderde glaslatten van Pitch pine uit de bouwtijd dateerden. Wanneer dat het geval zou zijn, is in feite die materiaalkeuze de beste geweest. Hout in combinatie met metaal levert minder problemen op dan metalen in onderling contact opleveren. Van hout is bekend dat het, vooral bij hogere regelmatig terugkerende vochtigheid en bestraling door de zon, kan vervilten. De keuze van het vetrijke Pitch pine mag als geslaagd beschouwd worden. De overkapping van sta tion Hollands Spoor te Den Haag
De te grote afstanden van de klinknagelverbindingen, die de afzonderlijke constructiedelen aan elkaar verbinden, leidden tot kieren. Deze zijn, zoals gemeld, niet te onderhouden omdat de schilder er met zijn staalborstel en verfkwast niet bij kan. IJzerconstructies die niet onderhouden kunnen worden, vormen op den duur een veiligheidsprobleem. De gietijzeren kolommen deden tevens dienst als regenwaterafvoeren afb. 40. De ijzeren bouten, die in de koppen van de gietijzeren kolommen de RDMZ RV 1993131.21
37. Amsterdam,
Krasnapolsky,
Wintertuin.
38. Berlijn-Dahlem,
de palmenkas.
39. Berlijn-Dahlem,
de palmenkas,
Een gedeelte
interieuropname.
van de kap.
IJzerconstructie
RVblad 01-18
40. Den Haag, Hollands Spoor. Gedeelte van de gietijzeren kolom.
verbindingen tot stand brachten met de ijzeren spanten, waren als gevolg van het langsstromende regenwater en het optredende potentiaalverschil bijna volkomen versleten. Een geval van elektrochemische corrosie. De nieuwe afvoeren zijn, op enkele na, buiten de kolommen aangebracht. De gietijzeren kolommen tussen de sporen 1 en 2 functioneren nog steedsals regenwaterafvoer. De gietijzeren ramen bleken vervangen te moeten worden omdat zij gescheurd waren ten gevolge van de spanningen die opgetreden waren in de ijzeren strippen waarmee de ramen aan de hoofdconstructie waren bevestigd. Het gietijzer was bezweken aan de gevolgen van de expanderende krachten, veroorzaakt door gevolgen van optredende contactcorrosie. Gietijzeren constructies kunnen zeer duurzaam zijn, maar in combinatie met
41. Den Haag, Hollands Spoor. IJzeren ramen, van binnen gezien, gemonteerd boven hetperrongebouw B. De ramen zijn vrij van de hoofdconstructie gehouden.
42. Den Haag, Hollands Spoor. Buitenaanzicht van ijzeren ramen in de kopgevel. Ook deze ramen zijn vrij van de hoofdconstructie gehouden.
andere corroderende metalen kan gietijzer de spanningen tengevolge van corrosie niet weerstaan. Er is een poging gedaan de ramen nieuw te gieten. Er bleek een zeer groot percentage daarvan uit te zullen vallen. Daarom is er van het gieten van nieuwe ramen afgezien. De nieuwe ramen werden uit staal gemaakt, in gelaste uitvoering. Daarna werden ze verzinkt en geverfd. De nieuwe ramen zijn door middel van stalen lippen aan de hoofdconstructie bevestigd afb. 41. Uit onderhoudstechnisch oogpunt heeft men gekozen voor enige afstand tussen de ramen en de hoofconstructie afb. 42. De gietijzeren zakgoten werden vervangen door houten zakgoten van een breder model en zodanig geconstrueerd dat onderhoud aan de bovenzijde van de spanten mogelijk is geworden. De gietijzeren goten aan de buitenzijde werden door plaatstalen goten vervangen. Deze werden op gietijzeren consoles gelegd. Ter voorkoming van corrosie als gevolg van het aanwezige potentiaalverschil werden er stroken kunststof tussen gietijzer en staal gelegd.
bleek ook hier fataal te zijn. De uitwerpselen van vogels tastten de niet aan weer en wind blootgestelde ijzerconstructies aan. Duivemest bevat stoffen als onder andere fosforzuur en zwavelzuur. Door de opgehoopte duivemest bleef de constructie immer nat, een gunstig klimaat voor het corrosieproces. De rookkappen in het station (waaruit de rook van de stoomlocs kon ontsnappen) zijn wegens vergaande roestvorming vervangen door volblad verzinkte constructies, samengesteld uit gewalste stalen profielen. Deze dienen thans weer als ventilatiekappen. Tijdens de renovatie zijn er werkrails in de kap aangebracht waaraan het werkplatform werd gekoppeld. Via de rails, die na beëindiging van de renovatie werden gehandhaafd, kunnen onderhoudswagens lopen van waaruit het onderhoud kan worden verzorgd afb. 43. Welke positieve aspecten de rails kunnen hebben voor de verbetering van de langsstabiliteit van de kap werd niet vermeld. Gezien hun positie lijkt dat van ondergeschikt belang. Terzijde zij opgemerkt dat de stabiliteit en draagkracht van de beide kappen dermate groot is gebleken dat complete werkplatforms aan de oude ijzerconstructies konden worden opgehangen.
De overkapping van het Centraal Station van Amsterdam (1888)
De ramen vertoonden hetzelfde beeld als in Den Haag; het samen voorkomen van gietijzer en ijzer
IJzerconstructie
RVblad 01-19
44. Laken. Interieuropname van de Embarcadère, één der Koninklijke serres.
43. Amsterdam, Centraal Station. Werkpla tforms in de kap.
Reinigen en conserveren De roestige toestand waarin oude ijzerconstructies kunnen verkeren, maakt het noodzakelijk deze te reinigen van roest, verfresten en vuil. Voordat tot reiniging wordt overgegaan is het belangrijk onderzoek te doen naar de kleurstelling van de interieuronderdelen en constructies afb. 44. Het resultaat daarvan dient een rol spelen in het cyclisch proces, waardoor de monumentale waarden optimaal tot hun recht komen. Na het kleuronderzoek kan er overgegaan worden tot het reinigen. Een mogelijkheid is het reinigen van ijzer door het te stralen. Er zijn diverse methoden: pneumatisch stralen, werpstralen, nat stralen en speciale straalmethoden. Er is een keuze uit meerdere straalmiddelen. Bij staal RDMZ RV 1993/31-
22
kan men kiezen uit: staalshot, staalgrit en draadkorrel. Gietijzer kan ook als straalmiddel worden gebruikt, namelijk grit van wit en van grijs gietijzer. Korund kan ook als straalmiddel worden gebruikt. Korund (minerale kristallijne vorm van aluminiumoxyde) komt als natuurprodukt voor, doch wordt meestal synthetisch gemaakt door het smelten van aluminium in een elektrische oven. Slak is als straalmiddel ook een mogelijkheid namelijk: koperslak, smeltslak en hoogovenslak. Het reinigen van staalconstructies door middel van beits (waarbij zuren worden gebruikt) neemt af als gevolg van de belasting voor het milieu. Deze methode wordt echter nog veel toegepast op staalprodukten die thermisch verzinkt moeten worden. Het thermisch verzinkproces is een
dompelproces waarbij het vloeibare zink met een temperatuur van 450°C zowel in- als uitwendig in alle hoeken van de constructie kan doordringen. Het toepassenvan het zogenoemde vlamreinigings- en handreinigingsmethoden leiden over het algemeen niet tot de reinheidsgraad die vereist is voor werk van voldoende kwaliteit. Om die reden wordt er verder niet ingegaan op het staalborstelen, het bikken, schrapen, schuren en slijpen van door roest verontreinigde oppervlakken. Bij het hanteren van diverse richtlijnen wordt nogal eens nagelaten de gestelde eisen te relateren aan het gebruiksdoel. Zo zal corrosie in een (binnen)milieu, waar de relatieve luchtvochtigheid doorgaans onder de 70% blijft, nauwelijks bescherming vergen. Een afwerking heeft dan voornamelijk een esthetisch doel. Komt de relatieve vochtigheid van de lucht regelmatig boven de 70% of treedt er regelmatig condensvorming op, dan zal ijzer corroderen. Met uitzondering van het zogenoemde Cortenstaal is deze roest zo poreus dat hiervan geen beschermende werking uitgaat zoals bij zink en aluminium. Een steedsvoortschrijdend proces is het gevolg. IJzeren
Ijzerconstructie
RVblad 01-20
perronoverkappingen bevinden zich in het grensgebied van het binnen- en buitenmilieu. De negatieve gevolgen voor de in het buitenmilieu verkerende ijzerconstructies zijn vooral bij de kopgevels van de perronkappen van Amsterdam CS en Den Haag HS gebleken. Ijzer en staal moeten dus beschermd worden. Daartoe is het noodzakelijk dat er roest moet worden verwijderd. Voor het bepalen van het juiste moment waarop onderhoud noodzakelijk is, worden Zweedse criteria gehanteerd. Met behulp van een reeks zwart-wit foto's kan men bepalen in welke categorie 'roest' de betreffende constructie verkeert: Re O staat voor geschilderd staal zonder roest, tot Re 9 voor geheel geroest oppervlak. Meestal wordt bij Re 2 besloten tot onderhoud. Re 2 staat voor 0,5% geroest oppervlak. Er zijn vier categorieën (in een situatie van nieuw staal) mogelijk waarin de aantasting van de walshuid van ijzer of staal kunnen verkeren. Deze worden in klassen ingedeeld namelijk A, B, C en D.
Klasse A is een toestand met vastzittende walshuid, vrijwel zonder roest, kortom een normale toestand die vlak na het walsen aanwezig is. Klasse B is een toestand met begin van roestvorming, begin van afbladderende walshuid en een opslag gedurende twee a
drie maanden in een tamelijk corrosief buitenmilieu. Klasse C is een toestand met geheel afgeroeste walshuid, nauwelijks putvorming doch na een buiten opslag van een jaar. Klasse D bestaat uit afgeroeste walshuid, putvorming door corrosie en een buitenopslag gedurende drie jaar. Het staaloppervlak vertoont dan vaak bladderige roest Bij het bepalen van de klasse geldt de staat van het meest slechte deel van de constructie. Oude ijzerconstructies zullen over het algemeen in klasse C of D vallen. Voor behandeling van staal, ten behoeve van de bescherming, is een mate van reinheid gewenst. Deze wordt aan de Zweedse norm SIS 05-5900-1967 gerelateerd. Deze norm kent vier gradaties: Sa O onbehandeld; Sa l licht stralen; Sa 2 tussen licht stralen en zeer zorgvuldig stralen; Sa 2- zeer zorgvuldig stralen; Sa 3 stralen tot zilverblank. De mate van ruwheid van het gestraalde oppervlak is geklasseerd. Met behulp van de rugotest (het hanteren van een speciaal meetinstrument) kan de ruwheid van het gestraalde oppervlak worden bepaald. Het resultaat van het uitvoeren van die test is bepalend voor welslagen van de hechting van de verf op het gestraalde oppervlak. Er worden twee staalruwheden gehanteerd, een topdalruwheid en een gemiddelde
grond en voor het conserveersysteem dat zal worden gebruikt. Sa 3 is een zeer zware eis, die door Rijkswaterstaat wordt gehanteerd bij de behandeling van bruggen. Doorgaans is Sa 2- uitstekend voor zwaar belaste constructies. Het vroeger toegepaste stralen met zand is sinds de inwerkingtreding van het Zandsteenbesluit in 1951, gewijzigd in 1982, verboden. Alle spanten en gietijzeren kolommen van de Wintertuin van Krasnapolsky zijn buiten het werk pneumatisch gestraald. Als straalmiddel is staalgrit gebruikt. Staalgrit is recycelbaar. De constructies zijn daarna van een zinkprimer, een epoxymetaalsealer en een polyurethaan aflaklaag voorzien. Het conserveren van de gereinigde constructie dient direct na het schoonmaken plaats te vinden, daar anders wederom corrosie optreedt. De ijzerconstructies van station Hollands Spoor zijn alle met de pneumatische straalmethode gestraald met Hoogovenslak als straalmiddel. Het gritmiddel slak
kan eenmaal gebruikt worden. De constructies zijn daarna behandeld met een drielaags industrieverfsysteem op vinylbasis. De nieuw ingebrachte kleinere onderdelen zijn verzinkt, daarna licht gestraald en afgewekt op de genoemde basis.
ruwheid. Het verschil is van beteke-
nis voor de kwaliteit van de onder-
Tabel 3. Overzicht verftypen. MILIEU
VERFTYPEN
olie
alkyd
chloor-
vinyl
fenol
epoxy
rubber land zee
industrie
_
_ _
dikke laag epoxyteer
epoxyteer
polybitumen urethaan
koolteer
_ _
_
_
_
_ _
_
agressieve
zoet water
_
_
zeewater
_
_
ondergronds
-
-
industrie
_ _
-
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
IJzerconstructie
RVblad
De ijzerconstructies van het Amsterdamse Centraal Station zijn in het werk gestraald op pneumatische wijze. Er is ook daar gekozen voor een recycelbaar straalmiddel namelijk staalgrit. De ijzerconstructies zijn daarna afgewerkt met een drie laags industrieverfsysteem op vinylbasis. De genoemde methoden van conserveren zijn hier uit volledigA heid weergegeven. Het noemen van systemen wil niet inhouden dat er op enigerlei wijze sprake is van een aanbeveling of voorkeur. Voor het kiezen van systemen wordt verwezen naar het STABU(bestekssystematiek voor de woning en utiliteitsbouw) en verfsystemen en produkten die zijn gecertificeerd. Tabel 3, geeft een overzicht van de meest toegepaste verftypen voor constructiestaal in verschillende toepassingen RVblad IJzer 01 geeft meer informatie over deze verftypen. IJzerconstructies kunnen met metaalbedekkingen worden beschermd. Het thermisch verzinken is reeds genoemd. Zinkspuiten is eveneens een mogelijkheid. Zinkspuiten geschiedt door middel van draad (schooperen) of poeder (schorizeren). Het zinkdraad of zinkpoeder wordt via een metaliseerpistool in gesmolten toestand met behulp van samengeperste lucht op het gereinigde staaloppervlak gespoten. Elektrolytisch verzinken wordt ook toegepast ter bescherming van ijzerconstructies. Bij elektrolytisch verzinken wordt de zinklaag langs elektrochemische weg neergeslagen op het staaloppervlak. Het is van groot belang dat de bevestigingsmiddelen op dezelfde wijze worden geconserveerd als de constructiedelen. Elektrolytisch verzinkte bouten waarmee een thermisch verzinkte constructie is gemonteerd, zullen snel aan corrosie onderhevig zijn. Verzinkte onderdelen kunnen worden afgewerkt met verflagen. De keuze daarvan is afhankelijk van het gebied waar de constructie staat, de RDMZ RV 1993/31
- 23
gewenste methode van aanbrengen, de droogmethode en gewenste bindmiddelen en pigmenten. Het RVblad IJzer 01 gaat daar op in. Verftypen, waarin zware metalen zoals chroom, cadmium en lood zijn verwerkt, mogen niet meer worden toegepast. Het verwijderen van oude verf, waarin deze stoffen zaten, valt onder de wet op het chemisch afval; Het verontreinigde grit, waarmee de constructie is gereinigd, valt ook onder die wet. Moderne verftypen zullen minder oplosmiddelen mogen bevatten (zogenoemde high-solids) en stoffen als zinkchromaat worden vervangen door bijvoorbeeld zinkfosfaat. Een belangrijk aspect, dat niet onvermeld mag blijven, is dat geconserveerde constructieonderdelen een speciale wijze van
01-21
transport en opslag vergen. Die delen mogen namelijk niet direct met elkaar in aanraking komen, ook niet met betonvloeren of bestratingen en dergelijke, vanwege het beschadigen van de beschermlagen. Altijd zal er gebruik moeten worden gemaakt van bijvoorbeeld hout als scheiding tussen de delen en de omgeving waarop één en ander draagt. Speciaal papier kan ook een nuttige functie vervullen. (zie ook tabel 5.) Beveiliging tegen brand Veel ijzerconstructies zijn ten gevolge van brand verloren gegaan. IJzerconstructies bezwijken bij een temperatuur van ca. 500°C. Het Bouwbesluit stelt voorschriften met betrekking tot de brandveiligheid van gebouwen. De voorschriften zijn gebaseerd op de
45. Amsterdam, KrasnaDolskv. Wintertuin. Zicht in de kap met sprinklerinstallatie.
IJzerconstructie
RVblad 01-22
bestemming en het gebruik van het bouwdeel. De beveiliging van de monumentale kap van de Wintertuin van hotel Krasnapolsky te Amsterdam is tot stand gekomen door het installeren en onderhouden van een sprinklerinstallatie afb. 45. Wanneer er boven de Wintertuin hotelkamers gelegen zouden zijn, zou er sprake geweest zijn van een andere veiligheidseis, die geleid zou hebben tot het brandveilig isoleren van de ijzerconstructies. Tijdens het ontwerpen van een renovatieplan is het van belang deze aspecten mee te laten wegen in het ontwerp. In het station Hollands Spoor te Den Haag is geen sprinklerinstallatie aangebracht. Er is gekozen voor het op normale wijze beveiligen van het perrongebouw B, ofwel de beveiliging van een potentiële brandhaard. De perrongebouwen A en C zullen in een later stadium
sprinklerinstallatie
46 en 41.
Verwarming In de Wintertuin is naast de sprinkelinstallatie in de kap een verwarmingsinstallatie aangebracht. Er werd voorzien dat de enkele beglazing van het dak zou leiden tot condensvorming en het daarmee gepaard gaande vallen van condensdruppels. Ter vermijding van dit ongemak voor de dinerende gasten is besloten in de kap een verwarmingsinstallatie aan te brengen. De hogere temperatuur van het glas zal dan niet tot condensvorming leiden. Het aanbrengen van een vrijwel vlak liggende, dus licht doorbuigende, isolerende beglazing bleek, wat de garantie betreft, op moeilijkheden te stuiten. De installatie draagt ongetwijfeld mee aan het voorkomen van de koudeval in de Wintertuin.
rzoek aan en dragende constructies, die een relatie hebben met eerstgenoemde, is noodzakelijk. Verborgen gebreken komen daardoor aan het licht. Het herberekenen van de constructie is nodig. Constructies, die uit twee of meer verschillende metalen zijn samengesteld, behoeven speciale aandacht. De kwaliteit van de renovatie kan toenemen door introductie van nieuwe technieken en constructies. Het restauratie- en renovatieproces dient echter een cyclisch proces te zijn door na elke ingreep na te gaan of de instandhouding van de monumentale waarden gehandhaafd blijft. Het samen voorkomen van verschillende metalen in een constructie kan, afhankelijk van omstandigheden, tot ernstige corrosie leiden. Het verschil in massavan de afzonderlijk metalen speelt een rol in het corrosieproces. Niet alleen contactcorrosie en spanning-
46. Groningen, v.m. Korenbeurs. De luchtbehandelingsinstallatie ten behoeve van de nieuwe functie, is reeds aangebracht. 47. Groningen, v.m. Korenbeurs. Detailopname van gietijzeren kolom met gietijzeren span ten.
Ijzerconstructie
RVblad 01-23 corrosie spelen een rol, ook putcorrosie en spleetcorrosie vormen, al dan niet in combinatie met elkaar, een bedreiging voor
GJ. Arends, C.H. Eldik, H. Janse, Compendium constructies, Bouwtechniek in Nederland 3, Delft 1989.
monumentale ijzerconstructies. Verschillende metalen zouden ten opzichte van elkaar gescheiden moeten kunnen worden. Waar dit niet mogelijk is, zouden tussen verschillende materialen neutrale separaties aangebracht moeten kunnen worden. Kunststoffen kunnen daarbij uitkomst bieden gecombineerd met een snelle afvoer van condenswater en corrosie bevattende zouten.
K. van Balen, Stabiliteitsherstel in monumentenzorg, Leuven, 1988.
G.G. Nieuwmeijer: 28, 29, 34, 35, 36, 38, 39
A.L. Bouma, De stationsoverkapping te Zwolle, augustus 1991.
24, 25, 26, 27, 44, tabel l, 2 Jos Vandenbreeden, Sint-Lucasarchief
B. Brouwer, De Bouwadviseur maart 1990, Vorm visie.
Brussel 'De Koninklijke Serres te Laken' een uitgaven van de Koninklijke Schenking te Brussel, 1987: l
Herkomst afbeeldingen Historisch topografische atlas Gemeentelijke Archiefdienst Amsterdam: 10-'S, M.W.J. van Rooden: 2, 3, 4, 5,14, 21, 23,
B. Brouwer, De Bouwadviseur dec. 1991, Herstel van Station Hollands Spoor in Den Haag.
P.K. van der Schuit: tabel 3 RDMZ, G. Dukker: 7, 8, 9, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 22, 30, 31, 37, 40, 41, 42, 43, 45, 46,47 SBR-289: tabel 4, 5
Literatuur en bronnen
C. Douma en L. Könemann, Restauratie
Overige: archief RDMZ
J.J. Morriën en M.M. Grothausen, Renova-
Station Hollands Spoor Den Haag, Bouwen metstaai 101, juli/augustus 1991.
tie dakoverkapping hotel Krasnapolsky in Amsterdam, Bouwen metstaai 93, maart 1990.
T.van der Klis, Reinigen van staal door
A. den Ouden, Ijzersterk mensenwerk,
G.G. Nieuwmeijer, Perronoverkapping station Zwolle, Rapportage werkzaamheden tot mogelijk behoud, 7 oktober 1991.
Helmond 1989.
Werkgroep Duurzaamheid van staalconstructies, 1982. Corrosieve aantasting van metalen in de
stralen, maart 1990.
G.G. Nieuwmeijer, Onderzoek naar mogelijk behoud van de historische kap Zwolle van 1868, 29 januari 1992.
bouw, Bouwwereld 72, 4 (1976).
A. van den Beukei, Een inleiding in de constructieve veiligheid van monumenten, Restauratievademecum RVblad Bouwconstructies 01 (1990).
J.Oosterhof, GJ. Arends, C.H. van Eldik en G.G. Nieuwmeijer, Bouwtechniek in Nederland l, Constructies van ijzer en beton, Delft 1988.
G.G. Nieuwmeijer, Restaureren van
Perscommuniqué Gemeente Zwolle, 22 januari 1991.
ijzerconstructies, Bouwen metstaai, 98, januari/februari 1991.
Van stoom tot TGV onder dezelfde kappen, voordracht van F.H. Rolf op de
Onderhoud van constructiestaai, Metaalbewerking 7, \.
studiedag 'Erfgoed in ijzer en staal'
Onderzoeksrapport van TNO-MT
DJ. de Vries, Ijzer en ijzerconstructies, Restauratievademecum RVblad Ijzer 01
Apeldoorn d.d. 25-1-1984 en Centraal Laboratorium voor Onderzoek van Voorwerpen van Kunst en Wetenschap, Amsterdam d.d. 3 april 1984.
Beschermen en verfraaien van staal, publikatie 104, Staalcentrum Nederland, Rotterdam februari 1991.
RDMZRV 1993/31 - 24
gehouden op 6 februari 1992 te Gouda.
1985. Het onderhoud van gecoilcoat staalplaat, SBR-289, Rotterdam 1993.
Ijzerconstructie
RVblad 01-24 Tabel 4. Nederland ingedeeld naar roestklasse en agressiviteit van het milieu.
Roestklasse
Klimaat
Agressiviteit
1
Landelijk
Licht
2a
Landelijk/industrieel
Matig
2b
Landelijk/ maritiem
Matig
3a
Industrieel/maritiem
Middel/zwaar
3b
Maritiem
Middel/zwaar
4
Industrieel/maritiem
Zwaar
Summary The article is about the technical problems that arise in the maintenance of old monumental iron constructions such as platform roofs, pavilions, palm hothouses and so on. It stresses the importance of careful archive research. It also discusses the importance of careful archive research. It also discusses the importance of carrying out research on and, if necessary, the measuring of constructions in the absence of drawings. The formulation of a program of requirements is also considered necessary. Viewing renovation as a cyclical process underscores the necessity of maintaining the monumental character. With every intervention to the construction, the question should be asked wether the qualities of the monument will have been preserved after the intervention has taken place. Recalculation of the construction is necessary from the standpoint of safety. The article makes an argument for including all the load-bearing parts of the
building in the calculations. The characteristics of iron as a material are briefly covered. The expansion of iron and the consequences for the construction are shown by a simple calculation. The problem of corrosion is illustrated with the aid of an electro-chemical series. There is a brief explanation of ways to improve the stability of
Tabel 5. Hoe vaak en wanneer moet u staalconstructies reinigen?
Lokatie
Goede beregening
Slechte beregening agressieve invloeden
Reinigingsperiode
Aan zee tot 1500 m
3 maal per jaar
3 maal per jaar
maart, juni en oktober
1500 m tot 25 km landinwaarts
1 a 2 maal per jaar
2 a 3 maal per jaar
maart en oktober
Verder dan
hooguit 1 maal per jaar
landinwaarts
25 km
landinwaarts
1 a 2 maal per jaar
maart
construc-tion. Then a number of
recently renovated iron constructions, some in other countries, is described. Commentary is given on a few technical solutions. There is a discussion of the cleaning and conservation of iron constructions; the conducting of colour research prior to the cleaning of constructions; and fire safety is also
handled. In the conclusion, the article recommends using synthetic material more often as a separation between different metals. There is a literature list and a series of illustrations, including drawings and photographs.
