Optimeret stribefundament

I vores søgen efter mere bæredygtigt design er vi nødt til at udfordre standardmåden at designe og bygge på. Stribefundamenter, som er optimerede med hensyn til materialemængde og CO2e er dog mest værdifulde og brugbare, hvis det også er bygbart.

Fra et konstruktionsmæssigt synspunkt anvendes stribefundamenter primært til overførsel af en linjelast på skaftet til en fladelast i bunden af pladen. Pladen bidrager dermed hovedsageligt til fordeling af linjelasten, hvormed en trekantet geometri vil være mere optimeret. Tilsvarende virker skaftet som et lille vægstykke, der på samme måde som et stykke foldet papir har større bæreevne, hvis den er zig-zag-formet.

Disse former er dog utraditionelle og kan give udfordringer med hensyn til bygbarhed. For at imødekomme udfordringerne har Rambøll i samarbejde med forskellige partnere på tværs af branchen udført en prøvestøbning af et optimeret stribefundament som proof-of-concept. Formålet med pilotprojektet var:

At estimere de potentielle CO2-besparelser
At verificere at designet er bygbart og kan anvendes i praksis (eller undersøge hvorfor ikke)
At dele ud af og lære af erfaringerne fra projektet

Teststøbningen er baseret på et fiktivt design, som dog repræsenterer et realistisk scenarie – selvom der i praksis findes mange variationer.

Optimering af materialemængde og CO2e

Hoveddelen af materialemængden er beton, og her spares der 35% i pladen og 50% i skaftet, mens besparelsen i armering er 17%. Den totale besparelse er dermed 34% ved optimering af geometrien.

Derudover har optimering af materialerne i sig selv også været en del af pilotprojektet, og der er derfor anvendt beton og armering med lavere CO2e. Sammenlignes de anvendte materialer med standard materialer (ved brug af EPD’er fra EPD Danmark og Ökobau) er der yderligere 17% CO2-besparelse at hente ved optimering af materialerne. Dermed resulterer den samlede besparelse i pilotprojektet i op mod 46% CO2e.

Armeringsdesign

Armeringen er hovedsageligt designet med hensyn til bæreevnen. Der er dog også tilføjet langsgående armering, som er designet med hensyn til revnevidder fra svind. I basen er tilføjet bøjler for at kunne håndtere armeringen samlet som en kurv og derved forbedre bygbarheden. Armeringen i skaftet er i bund og grund et simpelt net, men zig-zag-formen øger naturligvis kompleksiteten.

I basen er der tilføjet en armering med forankringshoved samt armerings- kobling, som muliggør videre forbindelse til eksempelvis stigbøjler i vægelement. Dette er gjort for at undersøge hvorledes dette typiske krav om forankring af større armering kan håndteres rent praktisk. For at sikre dæklag er der derfor lokalt foretaget modifikation af skaftet ved at reducere en "tand" i formen.

Støbeformen

Støbeformen, der er anvendt i projektet, er lavet som en kombination af en standardform og en indre form af polystyren. For at undersøge genbrugs- potentialet i polystyrenformen, er en af siderne på den indre form coatet, mens den anden ikke er. Set fra et test-synspunkt giver denne løsning også bedre muligheder for besigtigelse af støbningen.

Højden af den blivende den af skaftets form er øget, hvormed det potentielt kan anvendes som støbeform ved støbning af et terrændæk.

Støbningen

Armeringen og den indre støbeform er præfabrikeret og leveret på pladsen til montage. Produktionerne er alle baseret på 3D modeller. Selvkompakterende beton er anvendt grundet de begrænsede muligheder for vibrering af betonen. Støbningen er foregået over to omgange for at simulere den situation, der vurderes at være mest realistisk ved et højere skaft – hvilket ofte er tilfældet.

Samarbejdspartnere og -form

Dette proof-of-concept projekt er udført over en periode på to måneder med alle partnerne nedenfor. Titlen på projektet var SANDKASSEN (Sand Box/playground) og undersøgelsen af nye designs og byggemetoder blev udført med en legende tilgang. Lige fra første dag har det været klart for alle, at fejl og plads til forbedringer og ikke mindst at lære af dette har været en del af projektet.

Lemvigh-Müller
Unicon
PERI Denmark
Odico
NCC
PEIKKO
Rambøll
NREP

Erfaringer og udtalelser

Deling af erfaringerne fra projektet har været et hovedfokus i projektet. Følgende er udtalelser og refleksioner fra vores partnere:

Lars Henriksen, NREP: NREP har fokus på at skubbe industrien mod mere bæredygtige tilgange, og forsøger altid at udfordre business-as-usual. At kunne støtte dette initiativ stemmer overens med vores formål og vi er begejstrede for potentialet til i høj grad at optimere designet af en af de mest fastlåste dele af en bygning.

Jørgen Schou, UNICON: Kravene til betonen var trykstyrkeklasse C30/37 og eksponeringsklasse XC2, XA1. Derudover var der krav om maksimal stenstørrelse på 16 mm grundet armeringsdesignet (dæklag og afstand mellem stængerne). Ud fra dette blev vores mest bæredygtige beton med FUTURECEM cement valgt med en CO2e-reduktion på 25% sammenlignet med en tilsvarende beton med RAPID cement. Yderligere blev der valgt en selvkompakterende version af hensyn til arbejdsmiljøet. Nul-emission aflæsning på stedet var muligt + brug af elektrisk eller biodiseldrevet rotérbil.

Jonas Høg, PEIKKO: Brugen af COPRA® forankringssystem med forankringshoved er en CO2-besparende forankringsløsning til armering i betonkonstruktioner. Gevindanker er et velkendt forankringsprincip, der sikrer høj kvalitet i form af en boltet samling til ovenstående vægelementer med indstøbt SUMO® vægsko. Skjulte COPRA® forankringskoblere med aftagelige gevindstænger minimerer risikoen for, at udkragende dele beskadiges under konstruktionen. Samtidig er samlingen designet til en potentiel fremtidig adskillelse af fundament og vægelement.

Erik Feddersen Jensen, Lemvigh-Müller: Armeringskurven til pladen er standard og let at lave. Armeringen til det zig-zag-formede skaft er derimod en udfordring at lave, da det ikke er let at sikre et overordnet lige net. Ydermere er det en udfordring at bukke de horisontale zig-zag-formede armeringsstænger, da de mange buk på 90 grader i hver sin retning medfører at stængerne buer og drejer, idet armeringsstål ikke er helt rund på overfladen, dette medfører at det samlede net kan give problemer i dæklaget. Med denne produktionsmetode virker det til at længden begrænses til 1,3m. Hvis denne type skaft skal blive standard og passe til større volumen, skal der andre produktionsmetoder til.

Benjamin Sundstrøm, PERI Denmark: Til fremstillingen af stribefundamentet er vores letvægts DUO form af teknopolymerer anvendt. Grundet den polymer-baserede teknologi er DUO modstandsdygtig overfor alle miljømæssige påvirkninger, og alle komponenter er 100% genanvendelige. Baseret på de konstruktionsmæssige afgrænsninger blev der lavet en 3D model af DUO systemet, som blev visualiseret i PERI XR appen – på denne måde kunne brugerne få adgang til en 3D visualisering ved brug af deres smartphone.

Asbjørn Søndergaard, ODICO: Konventionel produktion af en zig-zag støbeform kan være omkostningstung og kræve en del manuelt arbejde. Men med Odico’s unikke robotdrevne trådskæringsteknologi blev designet let udført. Vi anvendte rest-EPS til denne test for at reducere forskallingens CO2 aftryk til et minimum, hvilke samtidig demonstrere en ny vej til upcycling af indpakningsaffald. Ved større projekter kan EPS forskallingen enten udføres med en coatet overflade, hvorved den kan genanvendes til flere støbninger, eller som blivende isolering. Begge muligheder blev anvendt i denne proof-of-concept test, og vi estimerer at det vil være muligt at udføre dette omkostningsneutralt, således at forøgede omkostninger til EPS-forskalling eller permanent isolering modsvares af besparelserne på beton. Dette perspektiv åbner op for anvendelsesmuligheder i større skala og peger mod en innovativ praksis, hvor CO2-besparelser i fundamenter og genanvendelse af EPS-restprodukter går hånd i hånd. Set fra et forskallingsperspektiv er den kosteffektive produktion afhængig af designfriheden forbundet med den robotdrevne trådskæringsteknologi, og vi er begejstrede for at se teknologien anvendte på denne innovative måde.

Mathias Bille, NCC: Vi er stolte over at have været med til dette lille testprojekt, hvor vi har forsøgt at minimere mængden af beton i fundamenter. Det er både meget lærerigt og sjovt at være en del af.

Den første støbning af den trekantede plade gik rigtig fint, og alt passede godt sammen. Armeringen blev leveret som en svejst enhed, hvilket gjorde placeringen nem og hurtig. Vi sikrede dæklaget ved brug af afstandsklodser kaldet “stjerner”, som har større fodareal og dermed mindsker risikoen for at ødelægge den trekantede EPS-forskalling og samtidig holde den fast.

Vores erfaring fra støbningen var at EPS-forskallingen havde svage punkter ved kanterne, som resulterede i mindre ødelæggelser under transport og arbejdet på pladsen, hvilket godt kunne være undgået fra start. Vores anbefaling er, at formen på EPS-forskallingen laves som markeret med stiplede linjer på figuren nedenfor:

Dette vil sikre en mere solid form og samtidig bidrage til at forskallingen passer bedre med låsemekanismerne. Planen er at sikre, at forskallingen kan genbruges ved fremtidige støbninger, og det er derfor væsentligt med en mere solid form.

Den efterfølgende støbning af det zig-zag-formede skaft gik godt. Vi var bekymrede for opdrift på EPS-forskallingen under støbningen, men det blev undgået ved brug af stropper omkring den øverste del af formen.

Vi tror dog, at støbninger i zig-zag-form kan blive udfordrende i stor skala mht. dæklag og tolerancer. Det er ikke altid at bøjler fra bunden er så lige, som man ønsker dem, og vi kan derfor forudse problemer med at sikre dæklaget over hele strækningen. Dette kan løses helt enkelt ved at øge dæklaget en smule i specifikke områder.

Helt overordnet ser vi dette som en mulig løsning for fremtidige fundamenter – og som en god måde at minimere mængden af beton.

Design og CO2e/LCA-forudsætninger

Stribefundamenterne er designede iht. DS/EN 1992-1-1 med DK nationalt anneks forudsat en linjelast på 1000kN/m, jordbundsforhold med en bæreevne på mere end 667kN/m2, og eksponeringsklasse XC2 XA1.

I CO2/LCA-beregningerne er udelukkende A1-A3 taget i betragtning og følgende værdier er benyttet: