Cauberg-Huygen heeft, in opdracht van De Rotterdam C.V. en in samenwerking met Scheldebouw, met succes een aantal virtuele in plaats van werkelijke brandproeven uitgevoerd voor onderdelen van de brandwerend uit te voeren gevels voor het nieuwbouwproject ‘De Rotterdam’.
Het beproeven van de brandwerendheid van scheidingsconstructies is een kostbare aangelegenheid. Ook gelden er beperkingen voor de uitvoering van een brandproef, bijvoorbeeld ten aanzien van de maximale afmetingen van de te beproeven constructie.
Voor de toepassing van brandwerende scheidingsconstructies zoals ramen, deuren en gevels wordt vaak gebruikgemaakt van bestaande attesten. Binnen de marges die voor deze attesten gelden, heeft de architect ontwerpvrijheid en zijn de kosten voor de toepassing van de constructie relatief beperkt. Regelmatig lopen ontwerpers echter aan tegen een beperking van hun ontwerpvrijheid, doordat de voorziene oplossing niet gedekt wordt door bestaande attesten. In dat geval heeft hij drie mogelijkheden: het aanpassen van het ontwerp, het aannemelijk maken dat de voorziene oplossing toch voldoet op basis van gelijkwaardigheid of het laten uitvoeren van een brandproef. Maar brandproeven zijn kostbaar en leiden weer tot een attest dat slechts toepasbaar is binnen bepaalde bandbreedtes voor wat betreft afmetingen, glassoort en detaillering.
Door de brandproef te simuleren met behulp van een computermodel kunnen veel voordelen worden behaald. Zo is het relatief eenvoudig meerdere varianten te beproeven. Daarnaast ontstaat veel inzicht in het gedrag van de constructie en kunnen zwakke plekken worden geïdentificeerd en versterkt nog voordat de constructie daadwerkelijk wordt gebouwd.
In de praktijk
Cauberg-Huygen voerde in opdracht van De Rotterdam C.V., een joint venture van MAB Development en OVG Projectontwikkeling, een serie virtuele brandproeven uit voor het nieuwbouwproject ‘De Rotterdam’. Deze virtuele brandproeven zijn vervolgens gevalideerd door middel van één werkelijke brandproef. De simulaties van Cauberg-Huygen zijn nauwlettend gecontroleerd door de vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding en de Vakgroep Bouwkundige Constructies van de Universiteit Gent in het kader van een contra-expertise op verzoek van de Brandpreventiecommissie van de gemeente Rotterdam.
De serie virtuele brandproeven betrof onderdelen van een glazen gevel, bestaande uit prefab aluminium elementen (lokaal met staal versterkt), met een vereiste brandwerendheid van 30 minuten. De drie brandproeven die de Brandpreventiecommissie ervan moesten overtuigen dat de constructie voldoende weerstand had tegen brand konden worden gereduceerd tot slechts één werkelijke brandproef aangevuld door drie virtuele brandproeven. De werkelijke brandproef diende als validatie van de reeds uitgevoerde simulaties.
Toepassingsmogelijkheden
De introductie van de virtuele brandproef biedt nieuwe mogelijkheden voor ontwerpers en projectontwikkelaars. Maar ook leveranciers van gevelsystemen kunnen veel profijt hebben van de mogelijkheden die de simulatiemethode biedt. De virtuele brandproef maakt het namelijk niet alleen mogelijk om het aantal benodigde brandproeven te reduceren. Cauberg-Huygen wil met name het feit benadrukken dat door een EEM-simulatie veel meer inzicht ontstaat in het gedrag van de scheidingsconstructie. Waarom faalt de ene constructie bij een brandproef terwijl een vergelijkbare constructie wel voldoende weerstand biedt? Wat gebeurt er onder specifieke brandcondities, in plaats van bij een brandsimulatie conform de standaard brandcurve? Blijft een gevel intact als er toch tegelijk brand en harde wind is? Voor al deze vragen biedt de virtuele brandproef de mogelijkheid om antwoorden te vinden.
De methode
De virtuele brandproef bestaat uit een simulatie van een werkelijke brandproef met behulp van een rekenmodel op basis van de Eindige Elementen Methode (EEM). Berekeningen met EEM worden veelvuldig toegepast door bijvoorbeeld constructeurs voor het dimensioneren van de constructie van een gebouw. De methode is echter algemeen toepasbaar in verschillende vakgebieden, waarbij de berekening van krachten en verplaatsingen ten gevolge van belastingen slechts een van de vele toepassingen is. EEM is gebaseerd op elementaire formules, waarmee het gedrag van een constructie als geheel kan worden berekend door deze op te delen een groot aantal stukjes.
Concreet wordt ten behoeve van een virtuele brandproef een EEM-model opgebouwd van de te beproeven constructie. Aan dit model wordt aan de brandzijde een temperatuursbelasting opgelegd conform de standaardbrandkromme. Op basis van de relatie tussen alle elementen van het model wordt het verloop van de temperatuur in elk element van de constructie berekend. De verdeling van de temperatuur in de tijd dient als basis voor de berekening van de vervorming van de constructie. Deze vervorming wordt uiteraard veroorzaakt door de uitzetting ten gevolge van de temperatuurstijging in de diverse onderdelen van de constructie. Door het uitvoeren van de simulatie kan dus het gedrag van de constructie onder brandcondities in kaart worden gebracht, nog voordat er een prototype is gebouwd.