Slanke brug met ZHSB 2 2 011 62 Slanke brug met ZHSB Met de voorgespannen Gooisebrug van zeer-hogesterktebeton (ZHSB) zet gemeente Utrecht de volgende stap in de ontwikke- ling van onderhoudsarme en duurzame betonnen bruggen. Dit nadat Purmerend met de Wolthuisbrug Utrecht was voor- gegaan in de toepassing van ZHSB. Bij de Gooisebrug is gekozen voor een volledig voorgespannen constructie omdat deze ongescheurd blijft en de traditionele zachtstaalwapening hiermee achterwege kon blijven. Pilotproject Gooisebrug laat voordelen zien van zeer-hogesterktebeton De Gooisebrug ligt in Vleuten-De Meern en verbindt de Rijks- straatweg met de Zandweg over de Leidsche Rijn, ter hoogte van Strijkviertel. De oude brug was gebouwd in de jaren vijftig en bestond uit een betonplaat met twee tussensteunpunten. De constructie, en dan vooral het dek, verkeerde door de geringe dekking op de wapening en de blootstelling aan dooizouten in slechte staat. Ook vertoonden de tussensteunpunten ernstige scheurvorming door aanvaringen van baggerschuiten. De constructie was aan het einde van zijn technische levensduur en moest worden vervangen. Nadat andere opties zoals renovatie waren afgevallen, heeft Stedelijk Beheer, de afdeling die binnen de gemeente Utrecht verantwoordelijk is voor het beheer van de openbare ruimte, 62_67 16_Gooisebrug.indd 62 14-03-2011 14:20:49 Slanke brug met ZHSB 2 2 011 63 1 Plaatsing van de Gooise- brug op 13 januari 2011 aan IBU Stadsingenieurs gevraagd een nieuwe brug te ontwer- pen. De wens was daarbij in het bijzonder aandacht te schen- ken aan een onderhoudsarme en duurzame betonconstructie. In onderling overleg werd al snel besloten om te bekijken of de brug kon worden uitgevoerd in ZHSB. De brug is in z'n geheel door IBU Stadsingenieurs ontworpen en berekend. In de beginfase is wel gebruikgemaakt van de kennis van de collega-constructeurs van Movares [1] en het Ingenieursbureau Amsterdam (IBA). Het IBA was onder andere verantwoordelijk voor het ontwerp van de eerder genoemde Wolthuisbrug. Uitgangspunten De nieuwe brug is ontworpen aan de hand van de volgende uitgangspunten: ? de contouren blijven vrijwel onveranderd: ook de nieuwe brug wordt 1,60 m breed, op deze wijze past het nieuwe ontwerp precies in het geldende bestemmingsplan; ? de vorm van de constructie is vergelijkbaar met de oude constructie; de gemiddelde helling bedraagt 8%; ? de aanlandingen zijn niet hoger dan de bestaande hoogtes van de aansluitende wegen; ? het profiel van vrije ruimte onder de brug bedraagt 2,4 x 7,0m. Zeer-hogesterktebeton Besloten werd de brug inderdaad in ZHSB uit te voeren. Dit beton wordt gekenmerkt door een hoge druk- en treksterkte. Aan het betonmengsel worden zeer fijne vulstoffen en staalve- zels toegevoegd, waardoor de eigenschappen worden verbeterd. De toepassing van de traditionele zachtstaalwapening kon op deze manier achterwege blijven. Door het ZHSB voor te spannen is het materiaal extra goed belastbaar. Door een voldoende hoog niveau van voorspanning treden er in de gebruiksfase in de doorsnede geen trekspannin- gen op, ook niet ter plaatse van het maximale moment. Door de voordelen van materiaal en voorspanning te combineren, kon een slank ontwerp worden gemaakt. De grenzen zijn nog niet bereikt; het kan nog slanker. Het nieuwe ontwerp is een primeur voor de gemeente Utrecht en zelfs voor Nederland: een brug uitgevoerd in voorgespannen ZHSB zonder traditionele wapening (voor moment en dwars- kracht). De producent heeft gebruikgemaakt van hoogovence- ment CEM III A-52,5. Niet eerder werd een ZHSB brug met CEM III A-52,5 geproduceerd. Kenmerkend voor het uiterlijk is de homogene lichte betonkleur. De toepassing van ZHSB biedt ook belangrijke voordelen voor het onderhoud. Door de hoge dichtheid heeft het materiaal een lage porositeit waardoor er minder chloridenionen kunnen binnendringen. Er zijn dus minder onderhoudskosten op lange termijn en er wordt weinig tot geen hinder door onderhouds- werkzaamheden verwacht. Slanke brug met ZHSB 1 adrie Kok, ing. Frank van der vaart Gemeente Utrecht, Stadswerken / Stedelijk Beheer ir. geerte van der steen, ing. ahmad gholizadeh gonbadani Mse Gemeente Utrecht, Stadswerken / IBU Stadsingenieurs ing. jeroen overbeek Bc Romein Beton 62_67 16_Gooisebrug.indd 63 14-03-2011 14:20:50 Slanke brug met ZHSB 2 2 011 64 150 200 200 200 800 1600 800 800 800 1600 800 800 800 1600 800 800 1300 1260 630 630 200 zie leuningdetail doorsnede A schaal 1:20 doorsnede C schaal 1:20 doorsnede D schaal 1:20 doorsnede B schaal 1:20 slijtlaag slijtlaag slijtlaag slijtlaag te vullen voeg 20 dik var. var. var. var. var. var. var.var. A 1300 150 150 A 1300 150 150 A1300 150 20 150 A1300 150 43 350 125 25 450 25 450 25 450 450 20 var. var. var. var. var. var. 150 200 200 200 800 1600 800 800 800 1600 800 800 800 1600 800 800 1300 1260 630 630 200 zie leuningdetail doorsnede A schaal 1:20 doorsnede C schaal 1:20 doorsnede D schaal 1:20 doorsnede B schaal 1:20 slijtlaag slijtlaag slijtlaag slijtlaag te vullen voeg 20 dik var. var. var. var. var. var. var.var. A 1300 150 150 A 1300 150 150 A1300 150 20 150 A1300 150 43 350 125 25 450 25 450 25 450 450 20 var. var. var. var. var. var. 150 200 200 200 800 1600 800 800 800 1600 800 800 800 1600 800 800 1300 1260 630 630 200 zie leuningdetail doorsnede A schaal 1:20 doorsnede C schaal 1:20 doorsnede D schaal 1:20 doorsnede B schaal 1:20 slijtlaag slijtlaag slijtlaag slijtlaag te vullen voeg 20 dik var. var. var. var. var. var. var.var. A 1300 150 150 A 1300 150 150 A1300 150 20 150 A1300 150 43 350 125 25 450 25 450 25 450 450 20 var. var. var. var. var. var. 150 200 200 200 800 1600 800 800 800 1600 800 800 800 1600 800 800 1300 1260 630 630 200 zie leuningdetail doorsnede A schaal 1:20 doorsnede C schaal 1:20 doorsnede D schaal 1:20 doorsnede B schaal 1:20 slijtlaag slijtlaag slijtlaag slijtlaag te vullen voeg 20 dik var. var. var. var. var. var. var.var. A 1300 150 150 A 1300 150 150 A1300 150 20 150 A1300 150 43 350 125 25 450 25 450 25 450 450 20 var. var. var. var. var. var. 150 200 200 200 800 1600 800 800 800 1600 800 800 800 1600 800 800 1300 1260 630 630 200 zie leuningdetail doorsnede A schaal 1:20 doorsnede C schaal 1:20 doorsnede D schaal 1:20 doorsnede B schaal 1:20 slijtlaag slijtlaag slijtlaag slijtlaag te vullen voeg 20 dik var. var. var. var. var. var. var.var. A 1300 150 150 A 1300 150 150 A1300 150 20 150 A1300 150 43 350 125 25 450 25 450 25 450 450 20 var. var. var. var. var. var. 2 De massieve doorsnede is bij het landhoofd rechthoekig, in het midden verloopt hij naar een T-vormige doorsnede 3 Dankzij toepassing van ZHSB kon de brug zeer slank worden ontworpen 4 De brug overspant 20 m in één keer De nieuwe Gooisebrug is, zoals het bestek voorschreef, uitge- voerd in een karakteristieke kubusdruksterkte van 135 MPa. Bij een hogere druksterkte zou het dek nog wel slanker kunnen worden uitgevoerd om aan de vervormingseisen te voldoen. Echter dan zouden de trillingseisen een probleem worden. De stijfheid is doorslaggevend voor de constructiehoogte. Voordeel van deze keuze is dat er een vernieuwend ontwerp kon worden uitgevoerd zonder dat de kosten extreem hoog worden. Ontwerp Bij het brugontwerp zijn de voordelen van ZHSB verder uitge- werkt. De toog en het profiel van vrije ruimte benadrukten de slankheid van de constructie (fig. 3). Het ontwerp wordt verder Gooisebrug versus Wolthuisbrug De Gooisebrug in Utrecht is niet de eerste ZHSB-brug in Nederland. Die eer gaat naar de Wolthuisbrug in Purmerend die in 2008 is gemonteerd [1]. Beide voldoen aan de definitie van ZHSB. Het constructief ontwerp van de Wolthuisbrug is gemaakt door IBA, het Ingenieursbureau Amsterdam. Architect was Kerste-Meijer architecten, producent Contec-ApS en aannemer VOBI Beton- en Waterbouw. De Goosiebrug is echter wel de eerste voorgespannen ZHSB-brug. Maar er zijn meer verschillen. Om een objectief vergelijk mogelijk te maken zijn enkele kengetallen van de bruggen naast elkaar gezet (tabel 1). Tabel 1 Vergelijking Gooisebrug met Wolthuisbrug Wolthuisbrug Gooisebrug bouwtijd < 6 maanden < 4 maanden bouwjaar 2007 2010 bouwkosten (totaal, ex. btw) ca. ? 150 000 ? 181 000 (incl. sloop bestaande brug) overspanning 14 m 20 m verkeersklasse F/V voetgangers ontwerp-levensduur 100 jaar 100 jaar onderhoudsvrije levensduur beton 100 jaar 100 jaar constructieschema/concept statisch bepaald, enkele overspanning statisch onbepaald, enkele overspanning max. constructiehoogte 300 mm 450 mm kg beton per m 2 brugdek 600 kg/m 2 875 kg/m 2 kg wap.staal per m 2 brugdek 100 kg/m 2 n.v.t. kg voorspanstaal per m 2 brugdek n.v.t. 4 x 9 strengen 15,7 gemiddelde kubusdruksterkte 160 MPa 148 MPa karakteristieke kubusdruksterkte 150 MPa 140 MPa gemiddelde treksterkte 8 ? 10 MPa 1) niet gemeten karakteristieke treksterkte 5 MPa 1) niet gemeten gemiddelde buigtreksterkte 20 MPa 15 MPa 1) Op basis van eerdere resultaten; niet specifiek gemeten bij deze brug 2 62_67 16_Gooisebrug.indd 64 14-03-2011 14:20:51 Slanke brug met ZHSB 2 2 011 65 23150 20000 1575 +2.004 +1.940 ?6.000 19400 300 2950 3550 7000 2550 3950 2400 13100 ?2.650 gem. 7% +2.580 A B C D +1.610 +1.770 n.a.p. ?14.000 ?0.400 gem. 8,3% 2 1575 300 langsdoorsnede schaal 1:100 1 De leuning staat op een lichte verhoging op het brugdek en volgt de toog van de brug. Hierdoor hoeft geen aparte voorzie- ning voor de waterafvoer te worden getroffen. De leuning wordt, net zoals alle bruggen over de Leidsche Rijn, vervaar - digd in roestvaststaal (RVS). De verandering van de brugdoor - snede is ook terug te zien in de verlopende hart-op-hart- afstand van de stijlen, deze verloopt van 0,5 m naar maximaal 1,75 m. gekenmerkt door het ontbreken van tussensteunpunten. De overspanning van 20 m wordt in één keer overbrugd (fig. 4). Dit was mogelijk dankzij de hoge sterkte van het beton. Hier - door wordt het risico op aanvaringen en daarbij behorend onderhoud verminderd. De brug heeft een massieve doorsnede. Bij het landhoofd is deze rechthoekig, in het midden verloopt hij naar een T-vormige doorsnede (fig. 2). Dit verloop gaat via schuine vlakken, waardoor het aanzicht wordt gekenmerkt door twee vloeiende lijnen. Deze vorm benadrukt de kenmerken en samenstelling van ZHSB. In de doorsnede is boven- en onderin veel massa nodig. ZHSB heeft een kleine korrel en is dus onver - hard zeer vloeibaar. Na het lossen van de mal blijft er een zeer strakke betonvorm met een glad oppervlak over: het brugdek. Het dek en de landhoofden worden in hetzelfde materiaal uitge - voerd. Dit komt de vloeiende vorm van de overspanning ten goede: in het aanzicht is geen kleurverschil te zien. Het dek sluit zo op de landhoofden aan dat deze als puzzelstukken in elkaar vallen en de brug in de taluds langs de Leidsche Rijn lijkt te verdwijnen. De belijning in de brug ondersteunt deze beweging en geeft het slechts 450 mm dikke dek een slank aanzicht. Door de slanke constructie is ook het gewicht lager. Hierdoor kon ook een goedkopere fundering worden toegepast. Zeer-hogesterktebeton of ultra-hogesterktebeton? In de huidige betonvoorschriften wordt beton vanaf sterkteklasse C53/65 benoemd als hogesterktebeton. De hoogste gereglementeerde sterkteklasse is C100/115 (NEN 8005). Daarboven is er min of meer 'vrij spel' en wordt er vaak gesproken van zeer-hogesterktebeton of ultra-hogesterktebeton. Het beton van de Gooisebrug zit op het randje van 'zeer' en 'ultra'. Algemeen wordt aangenomen dat de grens bij een karakteristieke kubusdruksterkte van 150 MPa ligt (tabel 2). Tabel 2 Indeling beton naar sterkteklasse karakteristieke kubusdrukstrekte normale-sterktebeton tot 65 MPa hogesterktebeton 65 MPa tot 105 MPa zeer-hogesterktebeton 105 MPa tot 150 MPa ultra-hogesterktebeton 150 MPa tot 200 MPa 3 4 62_67 16_Gooisebrug.indd 65 14-03-2011 14:20:52 Slanke brug met ZHSB 2 2 011 66 5 De brug is in een geheel gesloten mal gemaakt 6 Verloop van de voorspanning omhullingsbuizen zijn niet zoals gebruikelijk op de traditionele supporten op afstandhouders geplaatst, maar zijn met een RVS- constructie opgehangen aan de mal. Restanten hiervan verdwij- nen onder de later aan te brengen slijtlaag. Vervolgens is de bekisting gesloten. De mal is tijdens de stort aan één zijde circa 6 m opgetild. Vanaf de lage zijde is de mortel direct vanachter de voorspan- ning in de mal gepompt. Het vullen van de mal heeft iets meer dan een uur in beslag genomen. Door de mal van onderaf te vullen werd luchtinsluiting voorkomen. Zoals aangegeven is de brug conform het bestek uitgevoerd met een karakteristieke kubusdruksterkte van 135 MPa. Bij het drukken van de (test) kubussen zijn er druksterkten gemeten die aanzienlijk hoger lagen. Zo hoog dat bijna gesproken kan worden van ultra-hogesterktebeton (zie kader). Uitvoering Een groot deel van de uitvoering bestond uit het maken van de mal waarin het ZHSB is gestort (foto 5). De hoofdaannemer, producent Romein Beton, heeft ervoor gekozen de brug in een geheel gesloten mal te maken. Door de hoge vloeibaarheid van de mortel zou een open mal bij de gewenste getoogde vorm tot problemen kunnen leiden. De keuze voor een gesloten mal geeft de gehele brug een strak uiterlijk door het ontbreken van een stortzijde. De houten mal is in een timmerfabriek gemaakt en aansluitend naar de betonfabriek vervoerd. In de fabriek zijn de omhullingsbuizen voor de voorspanning in de mal aangebracht en is de splijtwapening ter plaatse van de voorspankoppen aangebracht. Ook hierbij heeft de producent grote aandacht aan het uiterlijk van de brug besteed. De Film online Op Cementonline staat een filmpje van de plaatsing van de brug 5 62_67 16_Gooisebrug.indd 66 14-03-2011 14:20:53 Slanke brug met ZHSB 2 2 011 67 20560 280 1 C D N A 580 20000 19400 1600 800 800300 300 300 300 3001260 170 170 600320 280 19360 200200 500 500 19360 600320 280 280 580 2 1 2 1600 800 800300 300 300 R352336 R1056809 300 3001260 170 170 G I F A B R352336R1056809 +1.968 +2.004 +2.124 +2.230 +2.323 +2.401 +2.465 +2.516 +2.552 +2.575 +2.585 +2.580 omhullingsbuis ø83/75 +2.561 +2.529 +2.483 +2.423 +2.349 +2.261 +2.160 +2.044 +1.914 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 19400 20000 20560 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 +1.770 280 580 280 580 +1.778 +1.588 380 190 190 +1.717+1.544+1.360367 184 184 186 156 130 107 87 R72540R95850 R72090 71 59 50 45 43 44 49 57 69 84 125 150 180 R72540 R95850R72090 20560 280 1 C D N A 580 20000 19400 1600 800 800300 300 300 300 3001260 170 170 600320 280 19360 200200 500 500 19360 600320 280 280 580 2 1 2 1600 800 800300 300 300 R352336 R1056809 300 3001260 170 170 G I F A B R352336R1056809 +1.968 +2.004 +2.124 +2.230 +2.323 +2.401 +2.465 +2.516 +2.552 +2.575 +2.585 +2.580 omhullingsbuis ø83/75 +2.561 +2.529 +2.483 +2.423 +2.349 +2.261 +2.160 +2.044 +1.914 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 19400 20000 20560 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 +1.770 280 580 280 580 +1.778 +1.588 380 190 190 +1.717+1.544+1.360367 184 184 186 156 130 107 87 R72540R95850 R72090 71 59 50 45 43 44 49 57 69 84 125 150 180 R72540 R95850R72090 Het toegepaste ZHSB (C115/135) bij de Gooisebrug heeft een drie keer zo hoge treksterkte en een twee keer zo hoge druk- sterkte als beton met sterkteklasse C53/65. Het is ook veel dichter van structuur waardoor de brug beter is beschermd tegen weersinvloeden. Door de hoge treksterkte is de door - snede beter bestand tegen vermoeiing. In combinatie met de roestvaststalen leuningen is de totale brug zeer onderhouds- vriendelijk en zal deze, zonder noemenswaardig onderhoud, honderd jaar meegaan. De aanschafkosten zijn nagenoeg gelijk aan een traditionele brug met tussensteunpunten. Doordat de lage onderhoudskosten zijn uit te spreiden over de lange levensduur is de nieuwe brug zelfs goedkoper. Bij een voetgangersbrug als de Gooisebrug is dus een goede winst te behalen op het onderhoud. Ook bij lagere belastingen blijkt ZHSB toepasbaar. Bij zwaar belaste bruggen kan de hoge sterkte van het materiaal in combinatie met voorspanning nog beter worden uitgenut en is er sprake van nog efficiënter mate- riaalgebruik. Wanneer ZHSB zo wordt toegepast dat er sprake is van optimaal materiaalgebruik kan er bijvoorbeeld gewerkt worden met kokers van beton met wanden van slechts 5 cm dik. Daarnaast is het betonmengsel vloeibaarder dan traditio- neel beton en leent zich daarmee voor toepassing in complexere bekistingen. Dit betekent een grotere vormvrijheid voor ontwerpers. Dit materiaal vraagt er dus om vaker te worden toegepast. ? Op maandag 11 oktober 2010 is de uitvoering gestart. Vooruit- lopend op de sloopwerkzaamheden van de oude brug is naast de oude brug een tijdelijke brug geplaatst. Nadat de sloopwerk- zaamheden waren afgerond, waarbij de oude palen van de tussensteunpunten zijn getrokken, zijn de funderingspalen van de nieuwe brug trillingsarm geschroefd. Op donderdag 13 januari 2011 is het brugdek van 25 ton met behulp van een 300 tons kraan op de landhoofden geplaatst. Hiermee was de brug nog niet klaar. De brug moest met een dookconstructie nog constructief worden gekoppeld aan de landhoofden. Op deze manier is er een momentvaste verbin- ding en kan een voeg achterwege blijven. Ook de laatste RVS- leuningen moesten nog worden aangebracht. De brug is ander - halve week later voor het publiek opengesteld. Conclusie Het vervangen van de bestaande Gooisebrug door een constructie van ZHSB is een pilotproject en heeft zowel bij de beheerder als bij IBU Stadsingenieurs nieuwe inzichten in de toepassing van dit materiaal opgeleverd. Ook de producent heeft nu ervaring met dit nog steeds bijzondere materiaal. Door toepassing van alleen hoogovencement CEM III A-52,5 is de CO 2-footprint beperkt gebleven. Hoogovencement CEM III A-52,5 heeft bij de productie een veel lagere CO 2-uitstoot dan het tot nu toe gebruikelijke portlandcement CEM I. Ook kan de brug bij een uiteindelijke sloop hoogwaardig worden herge- bruikt. Dit draagt weer positief bij aan de cradle-to-cradle gedachte. ? Projectgegevens opdrachtgever en directievoering Gemeente Utrecht, afdeling Stedelijk Beheer vormgeving en constructief ontwerp Gemeente Utrecht, IBU Stadsingenieurs hoofdaannemer / producent Romein Beton B.V. onderaannemer werkzaamheden op locatie Van Wijk Nieuwegein B.V. ? Literatuur 1 Hogesterktebeton in de spooromge - ving. Cement 2006/6. 2 Brugdek Wolthuisbrug op zijn plaats. Cement 2008/3. 6 62_67 16_Gooisebrug.indd 67 14-03-2011 14:20:54