C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw28 cement 2008 5Vanwege het belang van de A16en de grote verkeersintensiteitmoeten ook tijdens de werkzaam-heden 2x3 rijstroken beschikbaarblijven. Om dit te kunnen realise-ren worden de rijstroken verlegden versmald. Hierdoor ontstaatvoldoende ruimte om ??n rijrich-ting (drie rijstroken en een vlucht-strook) in twee fasen methogesterktebeton (HSB) te overla-gen. Zowel de rijstroken als devluchtstroken worden overlaagd.Totaal wordt per rijrichting 16 000m2beton aangebracht.Rijkswaterstaat beoogt met de uit-voering van deze werkzaamhedende levensduur van deze belang-rijke brug in het Rijkswegennet teverlengen. De hierbij opgedanekennis en ervaring wordt toege-past bij de aanpak van de overigevermoeiingsgevoelige stalenbruggen.B e s c h r i j v i n gM o e r d i j k b r u gDe oorspronkelijke Moerdijkbrug(een stalen vakwerkbrug) is in1936 in gebruik genomen. In1976 is de stalen bovenbouw vande oorspronkelijke brug vervan-gen door de huidige brug (foto 1).De huidige, circa 2,5 maal zobrede brug is geplaatst op depijlers van de oude brug. Dit wasmogelijk bij een relatief geringetoename van het eigen gewicht.Bij de gekozen constructievormnam het gewicht van een brugdeeltoe van ? 1800 ton in de oudesituatie naar ? 2150 ton voor eennieuw brugdeel, inclusief deasfaltlaag.De huidige brug bestaat uit tiennagenoeg gelijke stalen brugdelenmet een breedte van 42,9 m eneen overspanning van 100 m. Detotale bruglengte bedraagt duscirca 1000 m. De beschikbarebreedte is geschikt voor 2x3 rij-stroken met een vluchtstrook perrijrichting en twee stroken voorlangzaam verkeer aan weerszijden(fig. 2 en 3). Elk brugdeel bestaatuit een 3,5 m hoge, gelaste stalentweecellige kokerconstructie, metaan beide zijkanten uitkragendedekken op I-vormige consoles.Het stalen rijdek direct onder deasfaltlaag bestaat uit een stalendekplaat, trogvormige langsverstij-vers en dwarsdragers (fig. 4). Dedikte van de dekplaat varieert overde lengte van de brug van 10 mmnabij de opleggingen tot 14 mmin het midden van elke overspan-ning. De trogvormige verstijversondersteunen de dekplaat tussende dwarsdragers, die 4166 mm uitelkaar liggen. De benen van detroggen liggen h.o.h. 300 mm. DeBetonnen overlaging stalenrijdek Moerdijkbrugir. F. van Dooren, ir. H. Sliedrecht en ing. J. de Vries, Rijkswaterstaat BouwdienstE?n van de belangrijkste verkeersaders in Nederland is de A16, die Rotterdammet het zuiden van ons land en Belgi? verbindt. In de A16 ligt de Moerdijkbrug,die het Hollands Diep overspant. Sinds 2005 vindt hier een grootschaligerenovatie plaats waarbij het stalen rijdek wordt voorzien van een betonnenoverlaging. Een proces met veel leermomenten.1 |Tweede, uit 1976 date-rende uitvoering van deMoerdijkbrugfoto's: Rijkswaterstaat/Joop van HoudtC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 29trogbeentrogasfaltdekplaatdwarsdragerlijftroggen zijn ter plaatse van diedwarsdragers door een sparing inde lijfplaat van de dwarsdragersgestoken (foto 5).Omdat alle genoemde onderdelenonderling met lassen zijn verbon-den heeft de dekplaat verschil-lende functies en daardoor eenbelangrijke rol in de draagkrachtvan de brug:1. directe afdracht (buiging) vande wielbelasting via het asfaltnaar de troggen;2. bovenflens van de troggen voorde afdracht van de wielbelastingnaar de dwarsdragers;3. bovenflens van de dwarsdragersvoor de afdracht van belastingnaar de kokerconstructie;4. bovenflens van de kokercon-structie voor de afdracht van debelasting naar de opleggingen,pijlers en landhoofden.O n t w e r p u i t g a n g s p u n t e nDe brug is ontworpen volgens deVoorschriften voor het Ontwerpvan Stalen Bruggen uit 1963(VOSB1963). Die norm is geba-seerd op de toen geldende inzich-ten ten aanzien van de ontwikke-ling van het verkeer. Deverkeersbelasting in de VOSBwordt omschreven als een lijnbe-lasting per rijstrook in combinatiemet zware ontwerpvrachtwagens,resulterend in een extreme belas-ting per constructieonderdeel meteen hele kleine kans van voorko-men. Daarnaast werd een veilig-heidsmarge gehanteerd op desterkte van de constructieonderde-len resulterend in een veilige con-structie, in die zin dat overbelas-ting bij een gelijkblijvend aantalrijstroken niet aan de orde is.De norm uit 1963 gaf echterbeperkt en op basis van dehuidige inzichten onvoldoenderekenregels voor vermoeiing vanbruggen. Vermoeiing is het ver-schijnsel dat scheurvorming kanontstaan bij op zichzelf relatieflage (ruim onder de sterkte vanhet materiaal), maar wel veelvul-dig voorkomende spanningswisse-lingen in een constructieonder-deel.Constructieonderdelen die hier-voor gevoelig zijn, zijn de dekplaaten de troggen, omdat bij dezebeide onderdelen elke passage vaneen wiel of een as tot spannings-wisselingen leidt. Wanneer diespanningswisselingen voldoendegroot zijn (vrachtwagens) en vaakvoorkomen, levert dat een bijdrage2 |DwarsdoorsnedeMoerdijkbrug3 |OnderaanzichtMoerdijkbrug4 |Principe stalen brug5 |De trog steekt door dedwarsdrager heenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw30 cement 2008 5verkeersintensiteit2500002000001500001000005000001950 1960 1970 1980 1990 2000jaargemiddeldeopwerkdagjaartrogbeenrijdekdwarsdragerrijdektrogprofielaan de vermoeiingschade endaarmee aan de beperking van delevensduur. Dit overigens zonderdat de sterkte wordt overschreden.N i e u w e f e i t e nFiguur 6 geeft een indruk van deontwikkeling van het verkeer opde Moerdijkbrug, gebaseerd optellingen van de AdviesdienstVerkeer en Vervoer. Aangegeven ishet aantal voertuigen dat de brugop een werkdag passeert. Circa15% van deze voertuigen isvrachtwagen. De figuur geeft aandat tussen 1960 en 2000 de hoe-veelheid verkeer met een factorvijf is toegenomen.Analyse heeft aangetoond dat detotale belasting op de brug (maxi-maal voorkomende combinatievan zwaar vrachtverkeer en perso-nenauto's) in relatief beperktemate is toegenomen, waardoor desterkte van de brug als geheel nietin het geding is. Het is veel meerhet aantal voertuigpassages dataanleiding geeft tot problemen.De spanningswisselingen dieoptreden in de stalen dekplaat ophet kruispunt van de trog en dedwarsdrager, zijn bij vrachtwagensvan een dusdanig niveau dat dezebijdragen aan het optreden vanvermoeiing. De toename van hetaantal vrachtwagens en van degemiddelde kracht op de assen enwielen (waaronder de ontwikke-ling van vier banden per as naartwee `super-single' banden per as)hebben het vermoeiingsproces inde tijd versneld en veroorzakendaarmee (zonder maatregelen)een beperking van de verwachtelevensduur.In 1999 zijn de eerste scheuren inhet stalen dek van de Moerdijk-brug waargenomen. In figuur 7 iseen schematische weergave vaneen dergelijke scheur te zien, opfoto 8 een voorbeeld van eenechte. Sinds die tijd zijn, metname nabij de einddwarsdragers(dunste dekplaat en grootste stoot-belasting a.g.v. de voegovergang)regelmatig scheuren gevonden engerepareerd. Om de veiligheidvoor de gebruikers te garanderenwordt sinds die tijd met toene-mende frequentie met speciaaldaarvoor ontwikkelde apparatuurge?nspecteerd en volgens gestan-daardiseerde methoden gerepa-reerd.P r o b l e m a t i e k S t a l e nR i j v l o e r e nDe Moerdijkbrug is hierin nietuniek. Enkele andere stalenbruggen worden om dezelfdereden met toenemende frequentiege?nspecteerd (en indien nodiggerepareerd).De eerste brug waar dergelijkeproblemen zich voordeden was de2de Van Brienenoordbrug. Naaraanleiding van de problemen daarheeft Rijkswaterstaat in samen-werking met het bedrijfsleven hetproject `Problematiek Stalen Rij-vloeren' (PSR) opgestart [1] waarinde volgende resultaten zijnbereikt:1. Rekenmodellen zijn ontwikkeldom het moment van scheurvor-ming en veilige inspectie-inter-vallen van de dekplaat vanstalen verkeersbruggen tebepalen. Deze modellen houdenrekening met gemeten belastin-gen (ook wel asspectragenoemd) van verschillendeastypen en de ontwikkeling vanastypen, gemeten aantallenvrachtwagens per brug, dedwarsspreiding van het verkeeren de invloed van asfalt (incl.temperatuur).2. Nieuwe niet-destructieve inspec-tiemogelijkheden zijn ontwik-keld voor het opsporen van descheuren in de dekplaat. Metname de `Crack-Pec-methode'[2] is daarbij van groot belang,omdat dit apparaat in staat issnel en effici?nt door deasfaltslijtlaag heen scheurenmet een lengte van minimaal0,1 m te detecteren.3. Reparatieoplossingen voor deverschillende vermoeiings-scheuren zijn onderzocht enontwikkeld, waarbij zoveelmogelijk rekening is gehoudenmet de effecten van de laskrimp6 |Ontwikkeling verkeer opde Moerdijkbrug7 |3D-schets met scheur-ontwikkeling8 |Typische langsscheur instalen rijplaatC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 3120241660en de effecten van de trillingenvan de brug tengevolge van hetverkeer.4. Levensduurverlengende oplos-singen zijn ontwikkeld (foto 9),zoals het verlijmen van een extrastalen dekplaat op een brug, hetvullen van troggen met hard-schuim en het aanbrengen vanHSB als vervanging van hetasfalt op vaste stalen bruggen.Voor vaste stalen bruggen bleekhet vervangen van asfalt doorHSB de beste oplossing. Door hetbeton te laten samenwerken methet stalen dek kunnen de span-ningen in het staal met een factor4 ? 5 worden gereduceerd tenopzichte van de situatie met asfalt.Hierdoor neemt de levensduurmet tientallen jaren toe. Bijko-mende voordelen zijn de duur-zaamheid en de geringegewichtstoename, waardoor destaalconstructie niet om reden vanhet vervangen van asfalt doorHSB behoeft te worden versterkt.O n t w i k k e l i n g H S Bo v e r l a g i n g s s y t e e mHet HSB overlagingssysteem isontwikkeld als een 50 mm dikkeoverlaging van hogesterktebetonB 105 met staalvezels en drielagen wapening ?8-50 (fig. 10, NBde onderste staaf dient als afstand-houder en is in hoogte stelbaardoor middel van een aangelastemoer en bout). De hechting aanhet stalen rijdek wordt verzorgddoor een epoxy-slurrylaag inge-strooid met gecalcineerd bauxiet.In de praktijk is de dikte nominaal60 mm (8 mm hechtlaag, 8 mmafstandhouder, 3 x 8 mm wape-ning en 20 mm dekking) maarkan, afhankelijk van de omstan-digheden, vari?ren. Door het zeerdichte beton is de indringing vanchloriden minimaal en kan meteen geringe dekking worden vol-staan. De overlaging moet despanningen in het stalen rijdek ende troggen zodanig verlagen datgedurende de restlevensduur vande brug geen vermoeiingsschadekan ontstaan. Gedurende dezeperiode moet de overlaging onder-houdsvrij zijn. Het is een uniekeoplossing die voorafgaand aan detoepassing grondig is onderzocht[1, 3].Samenstelling van het HSB, meteen vereiste eindsterkte van B 105,is globaal per m3: 475 kg bindmid-del (portlandcement, silicafumeen hulpstoffen), 750 kg zand 0-2,1170 kg graniet 2-5, 75 kg staalve-zels van 12 mm lang en 150 literwater.Deze mengselsamenstelling resul-teert in een tixotroop mengsel.Dat wil zeggen een mengsel datzich zonder verdichtingsenergievrij stug gedraagt, maar onderinvloed van trillingen goed ver-werkbaar wordt (foto 11). Dezetmaat van het beton, op hetwerk gemeten, ligt doorgaanstussen de 20 en 40 mm, de schud-maat tussen de 300 en 350 mm.D e P r a k t i j kIn 2003 is het HSB-overlagingssy-steem voor het eerst in de praktijkbeproefd. Op de Calandbrug ishiervoor een strook van 7 x 80 m2succesvol overlaagd [3]. Op basisvan deze positieve ervaring is ver-volgens begonnen met grootscha-9 |Verschillende levens-duurverlengende oplos-singena. verlijmen extra stalendekplaatb. vullen van trog methardschuimc. aanbrengenhogesterktebeton over-laging10 | Principe doorsnedeoverlaging met 3 lagen?811 | Hogesterktebeton-mengselC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouw32 cement 2008 520601012?7512?758?500lige toepassing op de brug over deLek bij Hagestein en de Moerdijk-brug. Op de Moerdijkbrug is in2005-2006 de oostelijke helft aan-gepakt, dat wil zeggen de rijbaanrichting noorden. Het stalenrijdek is gerepareerd en daarnaoverlaagd met gewapend vezelver-sterkt hogesterktebeton.Om onder geconditioneerdeomstandigheden te kunnenwerken - belangrijk voor hetwerken met epoxy en hogesterkte-beton - is een tent op de bruggeplaatst die ??n brugdeel van 100m overkapt. In de tent werd hetstalen dek gestraald, de epoxyhechtlaag aangebracht en dewapening gesteld. Tot slot werd in??n stort 100 x 8 m2beton aange-bracht. Na voldoende verhardingwerd de tent naar het volgendeveld verschoven en herhaalde decyclus zich.Het beton werd vervaardigd in eenmobiele centrale vlakbij het werken vervolgens met een mini-shovel in het werk gebracht.Tijdens de uitvoering bleek hetmoeilijk de verwerkbaarheid vanhet mengsel constant te houden.De oorzaak hiervan werd metname gezocht in het buitenopslaan van de toeslagmaterialen.Hierdoor varieerde het vochtge-halte zodanig dat dit een duide-lijke invloed had op de verwerk-baarheid.T e g e n v a l l e r sNa ingebruikname waren deresultaten minder dan verwacht.Zo was het rijcomfort beduidendminder dan gebruikelijk en wasde stroefheid onvoldoende. Datgold ook voor de brug bij Hage-stein. Het bleek in de praktijk bij-zonder lastig om op grote stalenbruggen een vlak, vloeiend verlo-pend betonoppervlak te realiseren.Hoofdoorzaken hiervan zijn deonvlakheid van de onderliggendestaalconstructie en de relatiefdunne laagdikte.Op brug Hagestein was uitgegaanvan een constante laagdikte, diede onvlakheid ter plaatse van desectieovergangen in het stalen dekonvoldoende vloeiend kon over-bruggen. Bij de Moerdijkbrug isvoor een optimaal verlopend weg-oppervlak een overlaging met vari-abele dikte aangebracht. De diktevan het betonnen dek varieerdetussen de 45 en 100 mm. Tijdenshet verhardingsproces bleek eenzodanige variatie in de stijfheidvan het beton te ontstaan datgelijkmatig vlinderen niet goedmogelijk bleek. Hierdoor is devlakheid van het oppervlak aan-zienlijk slechter geworden danbedoeld.Verbetering van het rijcomfortwas slechts beperkt mogelijk.Door de `toppen' weg te frezenkon een redelijke vlakheid wordenbereikt. Vervolgens is een epoxyslijtlaag aangebracht, waardoortevens de stroefheid van hetwegdek is verbeterd. Een bitumi-neuze slijtlaag was vanwege hetextra gewicht niet acceptabel.Naast voornoemde tegenvallersbleken bij de oostelijke helft vande Moerdijkbrug ook nog holleruimten onder de wapening aan-wezig, het gevolg van lokaal zeerhoge wapeningsconcentraties.Door het gebruik van bouwstaal-netten met drie lagen ?8?50 ende hierbij benodigde overlappings-lassen, ontstonden dichte strokenen kruisingen van wapening, waarhet beton slechts moeizaam totonder de wapening kon doordrin-gen. In combinatie met een somslastig verwerkbaar mengsel leiddedit lokaal tot holle ruimten onderde wapening. Dit fenomeen werdin de praktijk zichtbaar doorschade aan de overlaging in dewielsporen van de rechterrij-strook.H e r s t e l e n v e r v o l gEr is een grootschalig onderzoeknaar de oorzaak en de omvangvan de schade uitgevoerd. Hierbijbleken in twee overspanningenvan de brug zoveel holle ruimtenonder de wapening aanwezig datdeze overlagingen geheel moestenworden gesloopt en vervangen.Dit is begin 2007 gebeurd. De12 | Aangepaste wapenings-configuratie13 | Wapenen metrolmattenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbouwcement 2008 5 33holle ruimten in de overigedekken zijn lokaal gerepareerd.Voor het opnieuw aanbrengen vande HSB overlaging op deze tweeoverspanningen is het ontwerpaangepast (fig. 12). De oorspron-kelijke drie lagen wapening (?8?50) zijn vervangen door op dedikkere delen (>55 mm) van hetdek twee lagen ?12?75 en op dedunnere delen (