· · · Institutional Repository

Dit proefschrift gaat over de keuze van natuursteensoorten ter vervanging van witte Belgische zandige kalksteen bij de restauratie van Nederlandse monumenten in de periode die loopt van het einde van de negentiende tot het einde van de twintigste eeuw. De studie is gericht op het identificeren van de keuzeargumenten en de gevolgen hiervan. Bijzondere aandacht wordt geschonken aan duurzaamheid en compatibiliteit en aan de rol die deze begrippen spelen in het keuzeproces. Het belang van de studie is onder andere gelegen in het begrijpen van uitgevoerde restauraties om deze kennis in te zetten voor nieuwe restauraties: leren van onze ingrepen om te weten hoe in te grijpen. Door middel van literatuuronderzoek en casusonderzoek is een antwoord gezocht op de drie hoofdvragen van de studie: “Welke argumenten worden in het keuzeproces tijdens een restauratie gebruikt voor het kiezen van vervangende natuursteensoorten?”, “In hoeverre en in welke mate spelen compatibiliteit en duurzaamheid een rol in de overwegingen rond de keuze voor vervangende natuursteensoorten en welke lering valt te trekken met betrekking tot gebleken compatibiliteit en gebruiksduur uit waarnemingen in de praktijk?” en “Bestaan er trends in de toepassing van vervangende natuursteensoorten en zo ja, hoe verhouden deze trends zich tot duurzaamheid en compatibiliteit?” De kern van de studie wordt gevormd door vier casussen te weten de Onze-Lieve-Vrouwekerk te Breda, de Maria-Magdalenakerk te Goes, de Grote Kerk te Dordrecht en het Stadhuis te Gouda. Alle vier gebouwen hebben twee of drie restauratiecampagnes gekend in de beschouwde periode. Hierop volgt een reflectie aan de hand van de vervanging van mergel aan Limburgse monumenten omdat hiervan verondersteld wordt dat het proces van natuursteenvervanging anders verloopt in verband met de betere beschikbaarheid van vervangende natuursteen die nauw verwant is aan het originele materiaal. De casussen worden voorafgegaan door een aantal hoofdstukken waarin thema’s worden onderzocht die de context bepalen waar binnen de vervanging van witte Belgische steen plaats heeft gevonden en plaatsvindt. Tijdens het onderzoek naar de context van natuursteenvervanging en de casussen kwam een aantal argumenten voor het kiezen van vervangende natuursteensoorten naar voren die gegroepeerd kunnen worden tot een karakterisering van perioden zoals de wens tot toepassing van harde, homogene steensoorten in de periode tot de Eerste Wereldoorlog, een vroege vorm van het streven naar toepassing van duurzame steensoorten. Het is gebleken dat met name in deze periode, maar ook later, de veelheid aan indelingen en benamingen van typen Franse kalksteen geleid heeft tot spraakverwarring en wellicht tot keuze van natuursteen op basis van onjuiste argumenten. Deze periode werd gevolgd door een periode waarin de beschikbaarheid van steensoorten vanwege de oorlog richtinggevend was voor het keuzeproces. De twintiger en dertiger jaren werden gekenmerkt door keuzeargumenten gebaseerd op aspecten van esthetische en historische compatibiliteit die leidden tot de toepassing van steensoorten die bijdroegen aan een rustieke uitstraling. Hierbij was een belangrijke rol weggelegd voor de adviezen van mijningenieur A.L.W.E. van der Veen. In de periode na de Tweede Wereldoorlog werden duurzaamheidsargumenten steeds vaker gebruikt, in het begin gecombineerd met de gevolgen van beperkte beschikbaarheid en gecombineerd met onderdelen van esthetische compatibiliteit. Vanaf ongeveer 1960 werd het streven naar duurzame steensoorten sterker en kwamen uitgesproken compatibiliteitsargumenten nauwelijks meer voor. Tot slot kunnen de keuzeargumenten uit de periode 1980 tot 2000 worden samengevat met de wens tot ‘extreme’ duurzaamheid terwijl bij diverse restauraties de verschillende aspecten van compatibiliteit weer, zij het beperkt, aandacht krijgen. Hierbij moeten nog enkele kanttekeningen worden gemaakt: Het streven naar esthetische en historische compatibiliteit in het interbellum werd geïnitieerd door de Grondbeginselen en Voorschriften voor het behoud, de herstellingen de uitbreiding van oude bouwwerken uit 1917. De trend van toepassing van duurzame steensoorten, zoals basalt en trachiet, ter vervanging van witte Belgische steen hangt nauw samen met het Zandsteenbesluit van 1951. In de jaren tachtig van de twintigste eeuw werd deze trend versterkt door de constatering van dikke gipskorsten op kalksteen ten gevolge van luchtverontreiniging en de voorspellingen dat de hieraan gerelateerde problematiek zich zou voortzetten. Voor wat betreft de gebruiksduur van vervangende steensoorten blijkt dat alle toegepaste steensoorten duurzaam genoeg zijn voor toepassing in parementwerk en dat dit, op enkele uitzonderingen na, ook geldt voor eenvoudig lijstwerk en beschut geprofileerd werk. Met betrekking tot de vensters is gebleken dat veel vervangende natuursteen nog steeds in gebruik is en dat veel vervangingen van vervangstenen vooral te wijten zijn aan roestende ijzeren brugstaven. Ettringer tufsteen vormt een negatieve uitzondering; dit materiaal, vooral waar toegepast als montant of tracering, kent vaak slechts een gebruiksduur van 60 tot 90 jaar. De grootste duurzaamheidsproblemen hebben zich voorgedaan bij slanke, geprofileerde en geornamenteerde onderdelen waaronder hoofdzakelijk pinakels en kruisbloemen en bij alzijdig blootgestelde onderdelen zoals balustraden. De meeste steensoorten, die werden toegepast voor vrijstaande pinakels hebben een gebruiksduur gekend van maximaal 115 jaar. Veel pinakels zijn echter slechts 50 tot 100 jaar in gebruik geweest, met diverse voorbeelden van een nog korte gebruiksduur. Uitzondering hierop vormen de Savonnières in Zuid-Limburg en de Udelfanger zandsteen aan de Grote Kerk te Dordrecht. Een gedifferentieerde keuze voor vervangende natuursteen, afhankelijk van expositieomstandigheden is mogelijk en zou kunnen leiden tot, in economische zin, aantrekkelijkere restauraties, met voldoende hoge levensduur. In het parement heeft het streven naar duurzaamheid minder nadruk nodig dan bij geprofileerd en alzijdig geëxposeerd werk; een grotere aandacht voor esthetische en historische compatibiliteit is hierbij overigens wenselijk. De compatibiliteit van toegepaste (voeg)mortelreparaties heeft nadrukkelijk meer aandacht nodig. Mede met het oog op een meer wetenschappelijke aanpak van het kiezen van vervangende steensoorten is het gewenst om nader onderzoek te doen naar de technische compatibiliteit van vervangende steensoorten met originele witte Belgische steen. Daar dient de mortel nadrukkelijk bij te worden betrokken. Met betrekking tot vervangreeksen blijkt dat er een opvallend grote diversiteit aan steensoorten is gebruikt ter vervanging van de originele witte Belgische steen. Er is geen patroon waaruit blijkt dat alle vervangreeksen dezelfde beweging maken, het blijkt dat vele combinaties voorkomen. Vulkanische gesteenten en sedimentaire gesteenten wisselen elkaar af. De tendens hierbij is dat de tweede vervanging meestal werd uitgevoerd in een duurzamer geachte steensoort dan de eerste vervanging. De veronderstelling dat mergel bij restauraties altijd door mergel werd en wordt vervangen blijkt onjuist, ook mergel is regelmatig vervangen door andere steensoorten en wijkt daarmee minder af van de vervanging van witte Belgische steen dan voorafgaand aan deze studie verondersteld. Voor wat betreft de inhoud van de diverse restauratierichtlijnen wordt geconcludeerd dat daarin weinig over materialen en materiaalkeuze wordt gezegd en dat deze veelal blijven steken bij algemene uitgangspunten zoals behouden gaat voor vernieuwen en minimale interventie. Door het ontbreken van bruikbare handvatten voor natuursteenkeuze bij restauraties blijkt vernieuwing en grootschalige interventie zeer veel voor te komen. Tijdens de studie is gebleken dat het zeer moeilijk te achterhalen is waarom gebouwen op een bepaalde manier gerestaureerd zijn. Ook het keuzeproces rond natuursteen blijkt nauwelijks gedocumenteerd. Dit gebrek aan documentatie is duidelijk in strijd met het veelal als richtlijn gehanteerde Charter van Venetië. Op basis van het onderzoek is een onderlegger ontwikkeld ten behoeve van het formuleren van uitgangspunten voor het kiezen van vervangende steensoorten. Naast de confrontatie met de diverse aspecten van compatibiliteit en duurzaamheid komt dit hulpmiddel ook tegemoet aan het geconstateerde probleem van onvolledige documentatie en verantwoording.

Concrete like materials were already applied during the Roman Empire. After the decline of the Roman Empire, a wide scale application of concrete only reappeared in the 19th century. Here lies also the origin of modern (reinforced) concrete. Since then, both concrete application and composition have significantly changed. Today, concrete from the 19th and early 20th century is considered as historic concrete. In this thesis, we study historic concrete in the Netherlands, that is to say the concrete dating back from the middle of the 19th century up to the 1960s. Within this period, the application and properties of concrete varied, due to increasing technological insight and social acceptance of concrete as a building material. Although the application of concrete in the Netherlands was late compared with neighbouring countries, there are quite specific and interesting developments and innovations in Dutch concrete, especially with regard to surface finishes. Historic concrete in the Netherlands is thus specific enough to require a dedicated study. Inaddition to this, the commonality of the history of concrete in different countries makes the relevance of this study broader than the Dutch case. Knowledge on historic concrete is increasingly relevant, as conservation of historic buildings dating from the 19th and 20th century internationally emerges as a new field within heritage care. This period is characterised by both architectural and structural innovations and by novel construction materials, of which (reinforced) concrete is probably the most important. Although a growing number of concrete buildings is listed as monuments, conservation specialists have still to become acquainted with the history and properties of historic concrete. Even though the structural history is frequently addressed, only little is known about the composition and surface finish of historic concrete. For the conservation of historic concrete buildings, generally ordinary repair techniques, which have been developed for modern concrete, are applied. From a technical point of view, their performance is not always satisfactory, as the properties of historic concrete can deviate from modern concrete. From a conservation point of view, additional threats exist, because requirements such as respecting the historic material and heritage values are commonly not considered. An uncritical application of repair approaches and a lack of knowledge on historic concrete induce the risk of loss of historic evidence and historic material. Therefore, the aim of this thesis is to develop a real concrete conservation approach, which takes into account the specific properties and the heritage values of historic concrete. The main research questions are therefore the following: - How can historic concrete be preserved together with its ascribed heritage values? - How can a proposed conservation strategy be evaluated for its impact on both the heritage values and the technical performance? - How can we balance the technical demands and the preservation of heritage values, when heritage values and durability issues originate in the same material properties? The structure of the thesis reflects its aim to achieve a dedicated conservation strategy for historic concrete: Part I - Understanding and characterisation of historic concrete The first part offers a compendium of historic concrete addressing the development of design rules and standards in the Netherlands, and in particular the constituents used (binders, aggregates, mixing water), mix design, reinforcement, and surface finishes applied. This part is illustrated with Dutch examples, supporting both technical and historical surveys in the field, and offers historical background information for further (material) investigation. Part II - Interpretation and evaluation of historic concrete The second part gives guidance to identify risks for both material and heritage values. This includes methods to correlate heritage values with the historic concrete and the state of conservation. Additionally, the risks and benefits of different repair techniques are evaluated from a conservation point of view. The new approach is applied to three case studies: Fort Bezuiden Spaarndam (1897-1901), the Hofplein railway viaduct (1900-1908, A.C.C.G. van Hemert), and the earth retaining walls for the unfinished Groot Museum (1921, H. van der Velde). Part III - Development and evaluation of dedicated conservation strategy The concluding part addresses the decisions to be made when developing a dedicated conservation strategy. The proposed approach considers balancing the preservation of heritage values and technical demands. Case specific criteria are formulated, which allow the characterisation of possible conservation strategies. This thesis presents new knowledge on historic concrete, combining historical developments with material properties. Different periods within the life in service of concrete are linked: the past by explaining its possible significance and durability, the present by evaluating its in practice performance and state of conservation, and the future by supporting decisions on an appropriate conservation strategy. This thesis aims to strongly support the necessary transition from concrete repair to concrete conservation.

This thesis deals with the diagnosis of structural damage in traditional masonry: cracks, deformations and tilts. Establishing the cause of this type of damage can be difficult. This research project has aimed to improve and facilitate the diagnostic process by offering support in the initial phase in which hypotheses are generated. The more precise hypotheses are formulated, and the more accurate they are classified, the more effective the further process of verification will be and the greater the probability that the final diagnosis is correct. This study has specifically focused on characteristics that can be assessed in a first survey, either visually or with the help of some simple tools or archive material. With questionnaires, a literature review of over 500 cases of damage and numerical and small-scale physical tests, the relations between symptoms of damage, their causes and their contexts (in terms of material, geometry, environment and time) have been investigated. This has resulted in a diagnostic decision support tool that helps surveyors to distinguish between causes by offering support in interpreting structural damage in masonry. The results of a user test, in which potential users applied our tool to damage cases from their practice, are positive: our tool was generally considered to be very instructive. The main contribution of this study lies in improving knowledge exchange. The existing, but highly fragmented and often seemingly contradictory information has been combined, structured and assessed on its value for diagnosing structural damage in masonry. With this thesis and the accompanying tool (ISBN 978-90-8570-760-8), expert knowledge is now made accessible to a wider group of people. Supplemental material published as: Prototype of a diagnostic decision support tool for structural damage in masonry ISBN 978-90-8570-760-8 Under: http://resolver.tudelft.nl/uuid:e9a3a2f9-16b5-4b22-a1f4-6511f3543f6e

This prototype of a diagnostic decision support tool for structural damage in traditional masonry is the result of a PhD research project. The research project has aimed to improve and facilitate the diagnostic process by offering support in the initial phase in which hypotheses are generated. The more precise hypotheses are formulated, and the more accurate they are classified, the more effective the further process of verification will be and the greater the probability that the final diagnosis is correct. Based on an extensive literature review of over 500 cases of structural damage, 60 characteristic damage patterns have been identified. For each of these damage patterns, possible causes have been listed. Essential context conditions (in terms of material, geometry, environment and time) allow one to discriminate between these hypotheses. A decision tree helps users determine which of the 60 damage patterns most closely matches the damage they are investigating. All further information on hypotheses and conditions is provided tailored to the selected pattern. For settlement-related damage processes, a separate part gives more details on underlying causes and essential conditions. For more background information on the development of this tool and on the terms used in it, the reader is referred to the PhD thesis ‘Structural damage in masonry: Developing diagnostic decision support’ (ISBN: 978-90-8570-759-2). Under: http://resolver.tudelft.nl/uuid:ced08aa2-c2e8-4aa8-9559-870bf12d5ba5

This research studied sodium chloride (NaCl) damage to porous building materials with the aim of: i) gaining a better understanding of the damage process and ii) developing an effective crystallization test. It has been definitely proven that NaCl modifies the hygric dilation of a material completely. Irreversible dilation occurs during drying and crystallization of the salt and leads to damage. In the presence of a crystallization inhibitor, neither dilation nor damage occurs. The absence of dilation corresponds to a different crystallization pattern: NaCl, instead of crystallizing as a layer on the pore walls, forms, in the presence of the inhibitor, agglomerations of crystals not adhering to the substrate. These results lead to a new theory on the salt damage mechanism based on the mechanical interaction between salt and pore wall. Salt layers appear able to transfer stresses to the pore walls and thereby to cause dilation; this effect does not occur in case salt crystallizes without adhering to the material. The research has also addressed the problem of salt damage in practice. Buildings showing NaCl damage were investigated. Criteria for the evaluation of the risk of salt damage were formulated and guidelines for suitable conservation interventions derived. Moreover, an effective NaCl crystallization test was developed. By means of this test it is possible to simulate, in laboratory and in few months time, the damage process occurring in practice in several years. The test provides a considerable help in selecting the most suitable materials for both new buildings and restoration interventions.