Aluminium als bekistingsmateriaal

Tegenover hout en staal als traditionele bekistingamaterialen in Nederland, neemt het gebruik van aluminium slechts een marginale plaats in. Dit in tegenstelling tot met name Amerika, Canada en de Scandinavische landen, waar aluminium voor deze doeleinden reeds vele jaren is ingeburgerd. Merkwaardig indien men beseft dat deze landen bekend staan om hun enorme rijkdom aan hout. De geringe toepassing in ons land van aluminium als bekistingamateriaal wordt vooral geweten aan de onbekendheid met de mogelijkheden en de kostenaspecten. Daarom dit oriënterende artikel.

Ing. J. P. C. Wagemaker (archief-artikel 2014)


Een belangrijk argument voor de toepassing van aluminium bij bekistingsconstructies vormt het geringe materiaalgewicht, waardoor bekistingsonderdelen gemakkelijk te hanteren zijn. Vanuit ergonomisch standpunt bezien, komt het gebruik van aluminium tegemoet aan de wens om de arbeid op de bouwplaats te verlichten. In de VS en Canada zijn kinder- en onderslagbalken, evenals ondersteuningssteigers dikwijls in aluminium uitgevoerd. De aanschafwaarde van aluminium bekisting ligt echter hoog. Om dit prijsnadeel te overbruggen, zal de toepassing van dit materiaal voldoende compensatie moeten bieden.

In het algemeen kan worden gesteld dat aluminium een aantal voordelen van zowel hout als staal combineert. Behalve dat de onderdelen een gering gewicht hebben, zijn de profielen gemakkelijk zodanig te vormen, dat de bevestiging aan bekistingsonderdelen van hout, staal of aluminium, alsmede aan de bekistingshuid, eenvoudig te realiseren is. De toepassing van aluminium onderscheidt zich ten opzichte van hout door geringe toleranties, grote duurzaamheid en ongevoeligheid voor vocht. Ten opzichte van staal onderscheidt aluminium zich door het grote verschil in gewicht en de voordelen daarvan voor horizontaal en verticaal transport. In het hiernavolgende wordt ingegaan op de materiaaleigenschappen en praktische toepassingen in eigen land en daarbuiten. Enkele vergelijkingen met de traditionele bekistingsmaterialen hout en staal zijn bedoeld om een betere indruk te geven van de eigenschappen en hoedanigheden. Om die reden wordt tevens nader ingegaan op de kostenaspecten.

Materiaal eigenschappen

Bij aluminium zijn de materiaaleigenschappen sterk afhankelijk van de toegepaste legering. Door onderzoek naar een optimale samenstelling werden legeringen ontwikkeld die zijn afgestemd op toepassing in de betonbouw. Met name de treksterkte en materiaalhardheid zijn verbeterd (de 'zachtheid' van het materiaal werd vroeger als een negatieve eigenschap ten opzichte van staàl beschouwd). Dank zij de verbeterde materiaaleigenschappen corrodeert aluminium nauwelijks meer wanneer het met betonspecie in aanraking komt. Aluminium profielen komen tot stand via een extrusieproces. Daarbij wordt plastisch materiaal met een temperatuur van ca. 450°C door een matrijs geperst. De snelheid van extrusie beïnvloedt de materiaalstructuur. Hoe hoger de snelheid, des te losser is de structuur en des te lager zijn de sterkte-eigenschappen. Positieve eigenschappen van aluminium zijn :

 

• bepaalde legeringen hebben een goede bestandheid tegen corrosie;
• door toevoeging van andere metalen kunnen de materiaaleigenschappen van aluminium worden aangepast;
• het materiaal heeft een lage volumieke massa (2800 kg/m3, dat is éénderde van die van staal);
• het materiaal bezit een grote sterkte per eenheid van gewicht;
• door extrusie is elk profiel eenvoudig te realiseren ;
• aluminium behoudt een hoge restwaarde.

Andere eigenschappen waarmee men in de betonbouw rekening moet houden, zijn :

 

• aluminium heeft een grote lineaire uitzettingscoëfficiënt;
• het materiaal is temperatuurgevoelig. Boven 93°C moeten de toelaatbare spanningen worden aangepast. Bij lage temperaturen echter wordt het materiaal sterker en niet brosser zoals dat bij staal het geval is;
• de elasticiteitsmodulus van aluminium bedraagt 1/3 van die van staal. Bij de meeste bekistingstoepassingen zal daarom de doorbuiging maatgevend worden. Wel kan het materiaal door de lage E waarde gemakkelijk stootbelastingen opnemen, zonder blijvend te vervormen. Dit is mede afhankelijk van de toegepaste legering.

Legeringen

Bij aluminium voor bekistings- en ondersteuningsconstructies wordt meestal een legering toegepast met magnesium en silicium of met magnesium en zink. Hierdoor worden eigenschappen zoals de weerstand tegen corrosie door chloriden, lasbaarheid en sterkte verbeterd. Enkele veel voorkomende legeri ngen zijn in tabel 1 opgenomen en ter oriëntatie vergeleken met een staalsoort: In het algemeen kan worden gesteld dat aluminium profielen pas kunnen worden beoordeeld als de legering bekend is. Een aantal legeringen is genormaliseerd wat betreft materiaalsamenstelling en mechanische waarden. De aanduidingen in normen, zoals ISO, DIN, BS en ASTM echter verschillen onderling. Ter illustratie volgen enkele voorbeelden.


Tabel 1 Karakteristieken van enkele veel voorkomende aluminiumlegeringen. Ter oriëntatie vergeleken met een staalsoort.




Legering AIZn4,5Mg1 (volgens DIN)
Deze legering is zowel bij DIN als bij ISO vastgelegd, maar bij de laatste als AIZn4Mg. De treksterkte bedraagt 350 N/mm2, het zinkgehalte 4-5%, het magnesiumgehalte 1-1,4%.
Deze voor balkprofielen veel toegepaste legering is lasbaar en bezit een goede weerstand tegen corrosie. Na het lassen is de legering zelfuithardend tot 290 N/mm2.



Legering AIMgSi0,5 (volgens DIN)
De ISO-aanduiding is AI-MgSi; de ASTM-aanduiding 6060. De treksterkte kan variëren van 140 tot 240 N/mm2. De hoeveelheid silicium bedraagt 0,3-0,6%, het magnesiumgehalte 0,35-0,6%. Bij de Amerikaanse kwaliteit 6060 zijn de minimale gehalten silicium en magnesium 0,1% lager. Deze voor steigermateriaal veel toegepaste legering is goed lasbaar en bezit een behoorlijke weerstand tegen corrosie. Afb. 1 toont de spannings rekdiagrammen van enkele aluminiumlegeringen in vergelijking met staal; afbeelding 2 het gedrag van aluminiumlegeringen ten opzichte van zuiver aluminium.

Toepassingen

De toepassingen van aluminium voor bekistingsdoeleinden zijn gevarieerd. Hier wordt ingegaan op balkprofielen, steigermateriaal en frames voor paneelbekisting.



Balkprofielen
Alle profielen zijn zodanig gedimensioneerd dat de verhouding tussen materiaal en traagheidsmoment zo gunstig mogelijk is. De vormgeving is deels afhankelijk van octrooirechten. In hoofdzaak valt onderscheid te maken tussen I - en [ - profielen.


Afb. 1 Invloed van de deformatie in koude toestand op toename van de treksterkte en afname van de rek.


Afb. 2 Spanning-rekdiagram voor enkele aluminiumlegeringen vergeleken met staal.


De eerste zijn veelal voorzien van een houten spijkerregel en bevestigingsrail. [- profielen hebben slechts bevestigingsgaten. I-profielen hebben een zeer stabiele vorm. Bij een basisbreedte van ca. 12 cm zijn ze in het bijzonder geschikt voor vloerbekistingen, waar het geringe eigen gewicht volledig tot zijn recht komt.
Ter oriëntering kan worden opgemerkt dat een aluminiumdrager van 5,50 m lang met een gewicht van ca. 31 kg niet veel lichter is dan een houten badding, maar wel op tweemaal zo grote h.o.h.afstand kan worden gelegd. Voordelen van een aluminium 'badding' zijn voorts dat hij niet scheluw kan trekken en bij het ontkisten nauwlijks beschadigingen oploopt en dat de hoogte-toleranties verwaarloosbaar klein zijn. Aluminium profielen worden in het werk uiteraard niet verzaagd. De afbeeldingen 3 en 4 tonen enkele toepassingsvoorbeelden voor vloerbekistingen, de afbeeldingen 5 en 6 voor wandbekistingen. Tabel 2 toont een vergelijking van aluminium met hout en staal voor een vloerbekisting.



Afb. 3 Vloerbekisting met aluminium kinderbinten, baddingen en ondersteuningconstructies.



Afb. 4 Vloerbekisting met toepassing van aluminium voor de onderslagen en ondersteuningconstructies.



Afb. 5 Aluminium bekistingssysteem voor wanden.


Afb. 6 Opbouw van een aluminium bekisting voor een schacht.


Steigers
Aluminium wordt in ons land vooral toegepast bij rolsteigers e.d. Ofschoon er ook geïmporteerde systemen voor ondersteunings-en gevelsteigers bestaan, is de toepassing ervan in Nederland vrijwel uitgebleven. Een en ander kan het gevolg zijn van beschikbaar stalen steigermateriaal en de prijs. Opgemerkt moet worden dat de ontwikkeling in de toepassing ten onrechte stagneert. Vooral bezien vanuit de ergonomie en de ontwikkeling van de arbeidskosten, zou het de moeite lonen kennis te nemen van de ervaringen in andere landen. Wanneer een steigerconstructie veel moet worden omgebouwd, biedt aluminium dank zij het lage gewicht grote voordelen. Zo kan bijv. de jukhoogte beduidend groter worden genomen dan bij een stalen steigersysteem. Er bestaan voorts systemen die de mogelijkheid bieden om balken en vloeren gelijktijdig met dezelfde toren te ondersteunen.



Tabel 2 Vergelijking van aluminium met hout en staal voor een vloer-bekisting.


De koppeling tussen de elementen is zodanig, dat de jukken ook efficiënt kunnen worden ingezet als tafelondersteuning. De afbeeldingen 3 en 4 zijn ook illustratief voor de toepassingsmogelijkheden van ondersteuningssteigers.

Paneelbekisting in aluminium frames
Tijdens de bouwbeurs 1983 te München waren versch illende aluminium paneelbekistingen te zien : vernuftige oplossingen voor 'veelvuldig' voorkomende details. De ontwikkelingen waren duidelijk geënt op de Duitse bouwmarkt. In Duitsland hebben veel bouwbedrijven een paneelbekisting in hun materieelbestand. Het wordt op veel werken toegepast. Dat is mogelijk doordat de eisen aan het betonoppervlak in Duitsland lager liggen dan in Nederland. Een aantal belangrijke leveranciers van systeembekisting hebben inmiddels dergelijke paneelbekistingssystemen in hun pakket. Het lichte gewicht draagt er toe bij dat deze panelen grotere afmetingen hebben. Door de lagere E-waarde zijn de doorbuigingswaarden echter voor Nederland te hoog (1/300 voor de hoofdprofielen). Bij verbindingen van vloeren met bijv. rand- en tussenbalken kan dit lichte materiaal in de bekistingstechniek waarschijnlijk toch goede mogelijkheden bieden. Tot dusverre wordt het in Nederland echter nog weinig toegepast. De afbeeldingen 7 en 8 tonen enkele voorbeelden.


Afb. 7 Opbouw van een vloerbekisting uit aluminium panelen.


Afb. 8 Wandbekisting. opgebouwd uit aluminium panelen.
 

Kostenaspecten bij toepassing van aluminium

Zoals opgemerkt zijn de investeringskosten voor aluminium profielen hoger dan die voor staal. Een vergelijking van de totaalkosten toont echter aan dat aluminium in vrij veel situaties een goede keuze zou zijn.
Om de invloed van afschrijvingskasten tegenover handlingskosten weer te geven, zijn voor twee concrete situaties vergelijkingen gemaakt tussen aluminium en een ander systeem. Teneinde duidelijk inzicht te krijgen in het optimale toepassingsgebied zijn projecten gekozen waarbij de inzet van aluminium de goedkoopste oplossing biedt.

Bij de vergelijkingen zijn de volgende uitgangspunten gekozen :

 

• tijdgebonden kosten worden niet in de beschouwingen meegenomen;
• per uur wordt gerekend met een tarief van f 40,- per uur;
• afschrijving materialen zoals vermeld;
• repetitie zoals in de voorbeelden aangegeven.

Vergelijking wandbekisting
Gegeven: kantoorgebouw met kolommen, stabiliteitswanden en -kernen. Wandlengte 10,50 m, wandhoogte 3,10 m, aantal wanden 15 stuks. Afschrijving materiaal voor dit project: materiaal systeembekisting 20%, baddinghout en beplating 100%. Inzet van 1 set wandbekisting, lengte 11 m. Totaal te bekisten 976 m2. Voor de bekistingsopbouw, zie afbeelding 9. De kostenvergelijking is gegeven in tabel 3.



Tabel 3 Kostenvergelijking, voorbeeld 1 (wandbekisting).


Vergelijking vloerondersteuning
Gegeven: ondersteuning reactorfundatie
vloerdikte: 1,500 m, bekistingsondersteuning op bestaand betonwerk stramienmaat 6,000 m,
totaal vloeroppervlak: 468 m2
totale huurtijd materiaal: 8 weken
a. Aluminium steiger, waarop stalen onderslagen en aluminium kinderbalken.
b. Stalen systeemtorens met een toelaatbare torenbelasting van ca. 20 ton. Onderslagen IPE 140, kinderbinten badding hout. Voor een principedoorsnede en een bovenaanzicht van beide systemen zie Afb. 10.


  Afb. 10 Doorsneden en bovenaanzichten van twee typen vloerbekisting met ondersteuningen, behorend bij kostenvergelijking, voorbeeld 2.


Steigermaterieel wordt veelal gehuurd. De kosten van huur zijn daarom afhankelijk van de hoeveelheid materieel dat op een bepaald moment op de markt beschikbaar is. In deze kostenvergelijking is uitgegaan van een (gebruikelijke) huur van 1% per maand. Dit percentage omvat voor de verhuurder afschrijving, onderhoudskosten, opslagkosten, renteverlies en service-kosten. Huurpercentages voor stalen steigersystemen kunnen· soms tienden procenten lager zijn. De kostenvergelijking is gegeven in tabel 4.


Tabel 4 Kostenvergelijking, voorbeeld 2 (vloerbekisting).

Conclusies uit de kostenvergelijking

Wandbekisting - voorbeeld 1
Bij het genoemde project blijkt aluminium een goede keuze te zijn. De totaalkosten worden sterk beïnvloed door be-en ontkistingskosten. Ze zijn bepalend voor de keuze van het systeem. De benodigde arbeid voor het be- en ontkisten is minder dan bij een ander systeem omdat:

 

• de repetitiefactor groot genoeg is;
• het betonwerk weinig handelingen vereist;
• het aantal bekistingshandelingen gering is;
• de bekisting stijf en vormvast is.

Vloerbekisting - voorbeeld 2
Uit de vergelijking blijkt dat bij een korte huurperiode of bij een afschrijvingspercentage van aluminium, gebaseerd op een redelijke inzetgraad, de totaalkosten lager zijn dan bij de stalen ondersteuning.
Aluminium zou bij dit project een goede keuze zijn. De totale arbeidskosten liggen aanzienlijk lager dan bij het stalen systeem om de volgende redenen :

 

• het materiaal is licht van gewicht, waardoor bij de opbouw een hoog tempo mogelijk is;
• het aantal onderdelen is aanzienlijk minder;
• het aluminium is niet beschadigingsgevoelig, wat tot uitdrukking komt bij het ontkisten.

N.B.: De vermelde kostengegevens zijn niet algemeen bruikbaar. Ze beogen voor een gegeven project en een gegeven werkmethodiek het verschil aan te geven tussen een systeem met aluminium profielen en een ander systeem. Steeds zal onderzocht moeten worden welke oplossing de laagste kosten tot gevolg heeft.

Samenvatting en conclusies

In vele situaties is de toepassing van aluminium als bekistingsmateriaal op zijn plaats. Het aannemingsbedrijf dient zich bij gebruik van aluminium kritisch op te stellen wat betreft de te gebruiken legering van het materiaal en de keuze van het toepassingsgebied. Aluminium is aantrekkelijk zodra door het gebruik van dit materiaal op arbeidskosten kan worden bespaard. Het is niet voor alle bekistings- en steigerwerkzaamheden geschikt.
Het kan zowel met hout als staal worden gecombineerd. De toepassing als 'badding' is niet of nauwelijks systeemgebonden. Gekozen bekistingsoplossingen zullen vaak projectgebonden zijn. Het verband tussen de verschillende kostensoorten is getoond in twee kostenvergelijkingen. De investeringen in aluminium bekistingsmaterialen moet over een langere periode dan gebruikelijk voor hout en staal worden afgeschreven.
Het accent zal bij toepassingen liggen op het gebruik van de aluminium 'baddingen', hoewel ook de aluminium ondersteuningssteiger in de toekomst een deel van de stalen steiger kan gaan vervangen. De hoge investering moet kunnen worden gecompenseerd door een hoge bezettingsgraad, anders is huren voordeliger. Bouwbedrijven moeten zich laten voorlichten over het optimale toepassingsgebied (niet alléén door de leveranciers) om vertrouwd te raken met de mogelijkheden en onmogelijkheden van aluminium.