Nieuwe Hoge Brug legt uitdagingen circulair bouwen bloot

Circulaire bruggenbouw belicht vanuit technisch perspectief

Laat vertrouwde denk- en werkpatronen los en zorg voor volledige en betrouwbare informatie over materialen. Dat zijn lessen die we onder andere leren van het circulaire ontwerp en de ontwikkeling van de nieuwe Hoge Brug in de Oude IJsselstreek. Welke best practices kunnen we nog meer meenemen uit deze bijzondere circulaire realisatie? De schrijvers van dit artikel vertellen Duurzaam Gebouwd over hun belangrijkste bevindingen.

Auteurs: Peter Gosselink (senior adviseur duurzaamheid en LCA expert bij Royal HaskoningDHV) en Mario Mies (senior constructeur bij Royal HaskoningDHV), Beeld: Mothership, Ossip van Duivenbode

De nieuwe Hoge Brug werd in april 2022 opgeleverd; een stalen fiets- en voetgangersbrug over de Oude IJssel bij Ulft. De oude stalen fiets- en voetgangersbrug op diezelfde plek dateerde uit 1955. De brug was aan vervanging toe, omdat die niet meer voldeed aan de huidige eisen. De Gemeente Oude IJsselstreek, eigenaar van de brug, heeft daarom een nieuwe brug aanbesteed. Deze aanbesteding betrof zowel het ontwerpen als bouwen van de constructie. Het werk is aangenomen door de firma Dusseldorp ISM uit Lichtenvoorde. Dusseldorp ISM heeft zich voor het constructief ontwerp en de circulariteit laten adviseren door het adviesbureau Royal HaskoningDHV.

Een van de belangrijkste voorwaarden voor de gunning van het werk was een circulair ontwerp. Inmiddels is de realisatie van de nieuwe brug een feit. In dit artikel blikken we terug op het project om de leerpunten over circulariteit in het bouwproces te belichten vanuit een technisch perspectief. Want technisch kan er veel, maar er zijn praktische hobbels en beperkingen waarmee de betrokken partijen vooraf rekening moeten houden, zo is in het project ervaren.

Vertrouwde denk- en werkpatronen loslaten

Het principe van circulariteit is tweeledig. Ten eerste dient het verbruik van materialen zoveel mogelijk te worden voorkomen, want grondstoffen worden steeds schaarser. Ten tweede dient afval, dus uitstroom uit de keten, zoveel mogelijk te worden voorkomen door vrijkomende materialen opnieuw in te zetten (secundaire materialen). Om dit zo effectief mogelijk na te streven, moesten in het project vaste denk- en werkpatronen worden losgelaten. Hiervoor werd de R-ladder uit het Rijksbrede Programma Circulaire Economie gehanteerd, als prioritair afweegkader voor de ontwerpoplossingen.

De R-ladder beschrijft zes strategieën voor de circulariteit van een product. Hoe hoger het product op de R-ladder hoe meer circulair het product is [zie afbeelding onder].

Schema R-ladder uit het Rijksbrede Programma Circulaire Economie; Illustratie: Planbureau voor de Leefomgeving

Bij het ontwerpen van de nieuwe Hoge Brug is de te realiseren constructie als het product beschouwd. Hierbij was niveau R1 (Refuse & Rethink) geen variabele, aangezien het een gegeven was dat er een nieuwe brug moest komen en dat de functionele eisen vooraf waren vastgelegd door de gemeente. Voor het circulair ontwerp waren dan ook achtereenvolgens de niveaus R2 (Reduce & Rethink) tot en met R5 (Recycling) het uitgangspunt, in volgorde van prioriteit:

R2. Reduce & Rethink. Dit niveau van de R-ladder betreft minder materialen gebruiken en materialen efficiënter gebruiken in de bouwfase. De constructieve elementen van de oude brug werden zoveel mogelijk in stand gehouden. Daarnaast werden levensduur verlengende maatregelen toegepast, werd licht ontworpen en waar nodig tweedehands (secundaire) materialen ingekocht.

Zo bleek uit onderzoek dat de betonnen landhoofden van de oude brug prima behouden konden blijven als fundering voor de nieuwe brug. En na een constructieve analyse door de constructeur bleek dat de stalen hoofddraagconstructie van de oude brug kon worden behouden. Dit door de hoofddraagconstructie waar nodig te herstellen en opnieuw te conserveren. Door deze niet als oud schroot af te voeren om vervolgens materialen in te kopen voor een nieuwe hoofddraagconstructie is het milieu weer afval bespaard gebleven.

De Azobé dekplanken op de oude brug waren echter niet meer geschikt om opnieuw te gebruiken in het nieuwe dek. Daarom was het uitgangspunt om deze planken te hergebruiken voor de afwerking van de leuningconstructies op de nieuwe brug. Maar de economische restwaarde van de planken bleek hoog. Dat maakte dat hergebruik in de leuning werd gezien als een afwaardering van het materiaal en daarom is gekozen om de planken te verkopen, voor een tweede leven in tuinvlonders.

R3. Re-use: Bij de realisatie van de brug zijn materialen gebruikt die na de gebruiksfase, bij het einde van de levensduur van de nieuwe brug (over circa vijftig jaar), herbruikbaar zijn. Dit was een belangrijke reden om te kiezen voor een overspanning van staal in plaats van hout, composiet of beton. Want in tegenstelling tot de andere materiaalopties is het staal bij het einde van de levensduur van de brug waarschijnlijk goed herbruikbaar. En als het dan niet in de huidige vorm herbruikbaar is, is het altijd nog te recyclen (R5).

Wat hier voor staal geldt, geldt niet voor hout. Onder invloed van het weer en het gebruik veranderen de fysische eigenschappen van het hout substantieel tijdens de eerste levenscyclus. Composiet en beton kennen dat probleem niet in dezelfde mate als hout. Elementen van composiet en beton zijn aan het einde van de eerste levenscyclus waarschijnlijk wél hoogwaardig te hergebruiken. Maar die zijn vormvast en moeilijk of niet bewerkbaar tot een passende vorm. Tegelijk zijn de grondstoffen uit deze materialen niet goed herwinbaar. Recycling van composiet en beton leidt waarschijnlijk dan ook tot degradatie (downcycling) van de grondstoffen. Dat zijn belangrijke nadelen ten opzichte van staal.

Verder is gekozen voor dekplanken van gemodificeerd hout (Accoya) dat de levensduureis van de nieuwe brug fors overstijgt. En zodoende is het hout ook kandidaat voor een tweede leven.

R4. Repair & Remanufacture. Bij de realisatie van de brug zijn materialen gebruikt die zo min mogelijk onderhoud vergen. Er was minder prioriteit voor de mogelijkheid voor eenvoudig herstel of vervanging. Om economische reden is de leuning namelijk bijna volledig gelast. Een boutverbinding was voor toekomstig herstel of vervanging beter, maar ook duurder.

R5. Recycling. De constructie van de brug bestaat hoofdzakelijk uit staal. Bij het einde van de levensduur van de brug kan het staal worden hergebruikt (R3) of volledig worden gerecycled. Het grote voordeel van staal is dat het oneindig vaak kan worden gerecycled zonder verlies van kwaliteit en materiaal.

Niveau R6, het verbranden van materialen die vrijkomen in het 'einde-levenduurscenario' van de nieuwe brug (als brandstof voor energiewinning), is niet als optie beschouwd bij het afwegen van ontwerpoplossingen, omdat dit niet past bij een circulair ontwerp. Het materiaal verlaat dan immers het kringloopsysteem.

Impact van ontbrekende en onzekere informatie

Voor circulair ontwerpen is volledige en betrouwbare informatie nodig over de materialen die vrijkomen uit het werk of die nodig zijn voor de realisatie van een nieuw werk. Denk aan informatie als:

Voor het ontwerp van de Hoge Brug is een materialenbalans opgemaakt. Deze gaf inzicht in welke materialen nodig waren, wat voorhanden was in de bestaande brug en wat aanvullend moest worden toegevoegd. Vervolgens is onderzocht welke materialen tweedehands (secundair) verkregen konden worden.

Nabij de Hoge Brug stonden twee fabriekspanden met een staalskelet. Die zouden gesloopt worden in dezelfde periode als de bouw van de brug. Het plan was om de fabriekspanden in te zetten als donorconstructies en het vrijkomende staal te gebruiken voor de nieuwe brug: voor het verstevigen van de oude stalen overspanningsconstructie en een bordes. Voor de leuningconstructies zou aanvankelijk worden gebruikgemaakt van afgedankte elektriciteitsmasten.

Er waren twee uitdagingen in dit plan: tijdig alle benodigde informatie over de materialen beschikbaar hebben en de bouw- en sloopwerkzaamheden goed op elkaar afstemmen. Het plan is ten dele geslaagd. Zo kwamen de afgedankte lichtmasten niet tijdig beschikbaar en was er een beperkte keuzevrijheid van de staalprofielen die vrijkwamen uit de stalen fabriekshallen. Ook was de informatie over het vrijkomend staal onvolledig en werd die te laat aangeleverd. Dat had als impact:

• Ontwerpaanpassingen;
• Toepassen van zwaardere staalprofielen dan constructief noodzakelijk was;
• De laagste sterkteklasse (S235) als uitgangspunt moeten hanteren;
• Herontwerpen van de constructie-onderdelen om alternatief gebruik mogelijk te maken;
• Vertraging in het bouwproces.

Een ander leerpunt was dat het bedrijf dat de staalprofielen uit de fabriekshallen sloopte, niet op de hoogte bleek te zijn van het beoogde hergebruik. De handling van het staal was niet afgestemd op hoogwaardig hergebruik, waardoor de staalprofielen onnodig beschadigd zijn geraakt en in verkeerde lengtes beschikbaar kwamen.

De bovenstaande voorbeelden betreffen relevante projectrisico’s. Bij het stellen van een hoge circulaire ambitie is het dan ook noodzakelijk dat de bij het werk betrokken partijen vooraf goede afspraken maken over de verantwoordelijkheden en risico’s van ontbrekende en onzekere informatie over de materialen in de bestaande constructie en over de secundaire materialen die moeten worden ingekocht.

Hier dient zich duidelijk het belang van een materialenpaspoort aan.

2. Volgens tabel 10.3 van de NEN 8713 worden hergebruiksklassen van staal enkel geformuleerd voor staalconstructies die zijn gesticht na 1955.

3. Secundair staal mag niet worden hergebruikt in constructies die gevoelig zijn voor vermoeiing en in constructies die weerstand moeten bieden bij aardbevingsbelasting. Dit betekent in de praktijk dat de mogelijkheden voor het herbestemmen van secundair staal beperkt zijn tot bijvoorbeeld fietsbruggen en niet-constructieve onderdelen zoals brugleuningen. Gebruikt staal herbestemmen in eenvoudige constructies zoals een geluidsscherm is volgens de nieuwe norm niet toegestaan vanwege het dynamische karakter van windbelasting.

4. De nieuwe norm schrijft voor dat her te gebruiken staal moet voldoen aan NEN-EN 1090-2. Voor gebruik in de executieklassen EXC2, 3 of 4. Afhankelijk van de executieklasse moeten alle stalen onderdelen van merktekens zijn voorzien. Op gebruikte stalen onderdelen kunnen bij toeval nog merktekens zichtbaar zijn. Indien dit niet het geval is, dient het materiaal te worden gekeurd, anders is het materiaal alleen in de executieklasse EXC1 toegestaan.

5. Bij gebruik van secundair staal zijn een bouwwerkdossier van het donorbouwwerk en een keuringsdocument noodzakelijk.

6. Er gelden voorwaarden om aan bestaande constructies en secundair staal te mogen lassen: de lasbaarheid van het staal moet voldoende gekwantificeerd zijn. Met andere woorden: de CEV-waarde moet bekend zijn. Dit vraagt om gedetailleerde informatie over de chemische samenstelling van het staal. Vaak is hiervoor een analyse van het staal nodig.

Bekijk nu in dit artikel een fraaie impressie van de opmerkelijke vernieuwing van de Hoge Brug.