4 Amazonehaven verbreed 2400 m lange kademuurconstructie nader toegelicht amazonehaven verbreed 4 2014 5 De Amazonehaven wordt omsloten door de containertermi- nals van ECT en Kramer aan respectievelijk de noord- en de westkant, en de terreinen van de Gasunie, GDF SUEZ en EMO aan de zuidkant (fig. 2). De haven mondt in het oosten uit in het Beerkanaal. Op het schiereiland vonden diverse activiteiten plaats: ? bouw van acht kolenmengsilo's (KMS) direct achter de nieuwe kademuur; ? (om-)legging van kabels & leidingen, waaronder het leggen van een 380 kV-kabel; ? sloop van circa 917 m zeekade (rode lijn in figuur 2); ? bouw van circa 2400 m nieuwe kadeconstructie met een geïntegreerde koelwateruitlaat (KWU) ten behoeve van de GDF SUEZ-centrale (groene lijn in figuur 2); ? baggeren van circa 3,5 miljoen m 3 zand; ? verlegging van de Missouriweg op de kade. Voor de verbreding was een voorbereidingstijd van twee jaar en een uitvoeringstijd van twee jaar beschikbaar. Na Maas- vlakte 2 is dit het grootste project van Havenbedrijf Rotter - dam. De realisatie van het project was opgedeeld in drie contracten: ? D&C-contract voor de sloop van de bestaande zeekade en de bouw van het meest oostelijke deel van de nieuwe kademuur, inclusief het bijbehorende baggerwerk; ? RAW-contract voor het resterende deel van de nieuw te bouwen kademuur; ? RAW-contract voor circa 2 miljoen m 3 baggerwerk. De nieuwe kadeconstructie is ook in drieën opgedeeld A1 t.m. A3 (fig. 2). Dit was nodig vanwege diversiteit in geometrie, nabijgelegen funderingen en kadefuncties. A3 is verder opge - splitst in A3-1 t.m. A3-3. In dit artikel wordt voornamelijk sectie A3 nader toegelicht, meer specifiek het gebruik van BIM, de uitgangspunten, de kadeconstructie en enkele details. Uitgangspunten De functionele eisen zijn in nauw overleg met de opdrachtge- ver door IGR vastgelegd. De belangrijkste waren: ? Gemiddeld hoogwater (GHW) = NAP +1,26 m. ? Gemiddeld laagwater (GLW) = NAP -0,68 m. ? Contractdiepte en constructiediepte variëren afhankelijk van het kadedeel (fig. 3) (contractdiepte is de bodemdiepte die met de opdrachtgever is overeengekomen; de constructie- diepte is de diepte waarop de kademuur is berekend). ? Niveau bovenkant kademuur NAP +5,00 m. ? Kademuur voorzien van een vlakke betonnen voorwand van NAP +5,00 m tot NAP -1,00 m, teneinde de gevoeligheid 1 ing. Mustapha a ttahiri Mseng ing. r achid r amzani ing. p eter Hoek p Mse Ingenieursbureau Gemeente Rotterdam (IGR) ir. e .J. Broos Havenbedrijf Rotterdam NV 1 Impressie van kademuur Amazonehaven vanuit de lucht foto: Havenbedrijf Rotterdam NV Voor een betere wereldwijde concurrentiepositie van de Rotterdamse haven moet de Amazonehaven in de toekomst bereikbaar zijn voor de nieuwe genera- tie containerschepen, zoals het Ultra Large Contai- ner Ship (ULCS, 400 × 60 m). Hiertoe moest de haven met 55 m worden verbreed, van 255 m naar 310 m. Deze verbreding is bereikt door de bestaande zeekade aan de zuidkant over een lengte van circa 1000 m te slopen en 55 m zuidwaarts een nieuwe kademuur te bouwen. Mississippihaven Ten zuiden van de Amazonehaven ligt de Mississippihaven. Vooraf- gaand aan de verbreding van de Amazonehaven is ook in deze Mississippihaven een nieuwe kade gerealiseerd (kade M5/M6). Hierdoor was de over - slagcapaciteit voor EMO tijdens de verbreding van de Amazonehaven gewaarborgd. Over dit project is een artikel verschenen in Cement 2013/8. Dit artikel is beschikbaar op www.cementonline.nl. amazonehaven verbreed 4 2014 6 muur A3-2 (EMO); - transportbanden ten behoeve van bevoorrading van de KMS en de centrale van GDF SUEZ. Al deze werkzaamheden worden binnen een zeer beperkte ruimte gerealiseerd. ? De huidige fundering van de kolensilo's van EMO en de transportbanden langs werkterrein mogen niet nadelig worden beïnvloed tijdens de uitvoering. ? Kademuur voorzien van kademeubilair zoals verticale wrijf- stijlen, drenkeling ladders, haalkommen en bolders. ? De kadeconstructie moet geschikt zijn voor een terreinbelas- ting bestaande uit een gelijkmatig verdeelde belasting van 20 kN/m 2 ter plaatse van de Missouriweg. De Missouriweg heeft een breedte van 8 m. De rest van het terrein wordt tot voor schade door schepen te verminderen. ? Afstemmen betonnen doorsnede van de bovenbouw op de ligging van de Missouriweg (bij sectie A3 zijn hierdoor verschillende betonnen doorsneden van de bovenbouw toegepast). ? Aanleggen van een strook voor kabels en leidingen naast de weg. Deze leidingstrook met onder andere een 380 kV-tracé en een waterleiding, mogen minimale zettingen ondergaan als gevolg van de werkzaamheden. Hierbij moet de aanne- mer rekening houden met beperkte werkruimte en ontgra- vingsmogelijkheden. ? Rekening houden met de bouw van overige objecten: - KMS achter kademuur A3-1 (fig. 4); - een wagonbelader en een vuilwaterbassin achter kade +5.00 +5.00 g.h.w +1.26 g.h.w +1.26 bodemdiepte -13.65 bodemdiepte -7.15 bodemdiepte -18.15 bodemdiepte -18.15 constructiediepte constructiediepte g.l.w -0.68 l.l.w.s -0.98 l.l.w.s -0.98 1:5 g.w.s + 0.59 g.w.s + 0.59 NAP NAP g.l.w -0.68 1:5 Amazonehaven A3-3 ca. 615 m A3-2 ca. 380 mA3-1 ca. 385 m A2 ca. 685 m A1 ca. 360 m Beerkanaal GDF SUEZ Gasunie Kramer KmS Etc EmO KwU kademissouriwegleidingenstrook 2 3 4 2 Indeling kademuur Amazonehaven 3 Doorsnede 3 (kadedeel van boven naar beneden A3-1, A3-2 en A3-3) 4 Doorsnede ter plaatse van kadedeel A3-1 A3-1 / A3-2 A3-3 amazonehaven verbreed 4 2014 7 De tussenplanken zijn ook zo veel mogelijk trillend inge- bracht. Deze planken moeten de heiafwijkingen van de buis- palen kunnen volgen zonder uit het slot te lopen. Om die reden zijn relatief lichte profielen toegepast. Tevens zijn additi- onele maatregelen toegepast zodat het slot daadwerkelijk dicht zat. Ten eerste zijn de buispalen 10 mm extra uit elkaar gezet om ervoor te zorgen dat de damwanden op trek kwamen te staan. Ten tweede zijn slotverklikkers toegepast om te garan- deren dat de damwand niet uit het slot zou lopen. Als laatste zijn de damwandprofielen voorgespoten (m.b.v. waterlansen) om het trillen te vereenvoudigen. De buispalen zijn ingetrild tot op circa 4 m van het gewenst paalpuntniveau. Het laatste stuk moest worden geheid. Dit was 38 m uit de voorzijde van de kadeconstructie eveneens belast met maximaal 20 kN/m 2. Vanaf 38 m moet de kadeconstruc- tie geschikt zijn voor belastingen ten gevolge van de opslag van kolen. Deze belasting is driehoekvormig een heeft een minimum van 90 kN/m 2 en een maximum van 450 kN/m 2 (fig. 5). ? De kadeconstructie moet geschikt zijn voor horizontale belastingen, bestaande uit bolder- en troskrachten (ieder 600 kN) en haalkommen (500 kN) (alle objecten met een h.o.h.-afstand van circa 17,5 m) en grond- en waterdrukken. Kadeconstructie Voor het ontwerp van de kadeconstructie is in eerste instantie een variantenstudie uitgevoerd naar kosten en kwaliteit van diverse kademuurtypen, te weten een combiwand met ontlast- vloer, een combiwand zonder ontlastvloer en een diepwand. Uit deze studie bleek dat een ontwerp met een combiwand met groutankers zonder ontlastvloer uit het oogpunt van kosten en incasseringsvermogen de voorkeur verdiende (fig. 6). Aange- zien het waterniveau lager was dan het aangrijpniveau van de groutankers was het mogelijk in 'den droge' te bouwen. Voor de combiwand is een systeem toegepast dat bestaat uit verschillende buispalen met drievoudige of dubbele tussen- planken ertussen. De buispalen vervullen de dragende en kerende functie. De tussenplanken, die veel korter zijn, verzor - gen de kerende functie van de combiwand. Overigens moesten de tussenplanken voldoende ver in de bodem worden doorge - zet (ca. 4 m), zodat de veiligheid tegen bodemerosie of piping voldoende groot is. De buispalen moesten zo veel mogelijk trillend, en zeer nauw- keurig qua plaats, vorm en stand worden ingebracht. Daarvoor is een zeer zwaar heiframe gebruikt. Tevens is de heivolgorde van de stalen buispalen aangepast om te voorkomen dat de palen uit het stramien zouden lopen. De axiale belasting van de buispalen inclusief negatieve kleef kan zonder extra voor - zieningen aan de ondergrond worden afgedragen. 45 kN/m 2 20 kN/m 2 betonkesp betonschort combwand groutankers 5 6 5 terreinbelasting 6 Kadeconstructie amazonehaven verbreed 4 2014 8 hydratatie-, verhardings-, uitdrogingskrimp en temperatuur- verschillen. Die temperatuurverschillen ontstonden vooral tijdens het verhardingsproces vanwege de grote afmetingen van de kesp. Dit verhoogt het risico op scheurvorming met name tijdens het afkoelen. Om de temperatuur zo laag moge- lijk te houden, is gekozen voor een speciaal betonmengsel waardoor de snelheid van het verhardingsproces werd vertraagd. Dit toegepaste mengsel is CEM III/C 32,5 N met een water-cementfactor van 0,5 met een cementgehalte van 330 kg/m 3 (percentage hoogovenslak 81 tot 95%). Na het ontkisten is de kesp bovendien ingepakt met isolatie- materiaal om het temperatuurverschil met de omgeving te beperken. Met deze maatregelen is voorkomen dat excessieve scheurvorming optreedt. De kesp is tevens voorzien van zware stalen deuvels (fig. 7) om herverdeling van geconcentreerde belastingen tussen de moten mogelijk te maken. Deze belastingen kunnen worden uitgeoe- fend door of via bolders, haalpennen, aanvaring door een nodig om de voor het draagvermogen noodzakelijke prop in de open buispaal te realiseren (zie onder 'Ankers en beton- prop'). In tabel 1 staat een overzicht van het per kadedeel toegepaste type buispalen, damwand en ankers. Betonnen kesp en voegen De bovenbouw wordt gevormd door een betonnen kesp met betonschort met variërende doorsneden die door voegen in 36 moten wordt verdeeld met een lengte van circa 33 ? 38 m. De toepassing van een betonnen kesp heeft als voordeel dat het staal wordt beschermd tegen corrosie, de groutankers kunnen worden verankerd en dat de kademuur is voorzien van een vlakke betonnen voorwand teneinde de gevoeligheid voor schade door schepen te verminderen. Het dilateren van de bovenbouw was noodzakelijk door de enorme trekkrachten die ontstaan vanwege verhinderde opge- legde vervormingen. Deze vervormingen ontstaan door Tabel 1 Samenvatting keerconstructie onderdelen kadedeel A3 kadedeel A3-1A3-2 A3-3 buispaal inheidiepte [m NAP] -31,00 / -33,00 -30,50 / -34,00 -28,00 / -33,00 buispaal h.o.h.-afstand [m] 2,844 / 3,3843,3842,476 / 3,384 buispaal buitendiameter [m] 15241524914 / 1524 buispaal wanddikte [m] 18 /1918 /20 12 / 18 type tussenplank AZ26 2-v / PU28 3-vPU28 3-vAZ20 2-v / PU28 3-v tussenplank inheidiepte [m NAP] -18,05-18,05-13,15 / -18,05 type verankering schroefinjectie Jm101,6×17,5 / 22,2Jm101,6×17,5 / 22,2 Jm101,6×17,5 / 22,2 ankers h.o.h.-afstand [m] 2,844 / 3,3843,3842,476 / 3,384 ankers diameter groutlichaam [mm] 380380 380 ankers type 1 hoek met horizontaal [°] 26 / 404040 ankers type 2 hoek met horizontaal [°] 31 / 454545 A doorsnede A deuvel betonkesp betonschort 7 8 7 Horizontale en verticale doorsnede kesp met deuvel en deuvelwapening 8 Uitvoering wapening amazonehaven verbreed 4 2014 9 Ankers en betonprop De stabiliteit van de kademuur wordt verzekerd door één of twee rijen groutankers onder een helling van 40° en of 45° die de horizontale ankerkracht en de horizontale gronddrukken uit de bovenbouw moeten opnemen. De helling en het aangrijpniveau zijn zodanig bepaald dat er geen conflict ontstaat tussen het ankersysteem en de achterliggende leidin- genstrook (fig. 4). De ankers bestaan uit strengen van hoogwaardig staal FeP1860. Ze zijn aan de zijde van de kademuur verankerd in de betonprop van de buispaal. Deze betonprop zorgt voor de verbinding tussen de betonnen kesp en de buispalen. Om de prop te realiseren, is de buispaal over de bovenste 4,0 m gevuld met beton en voorzien van voldoende wapening voor het over- brengen van krachten vanuit de kesp naar de buispalen (fig. 9). schip en uitvallen van een groutanker. De kesp is in een EEM-berekening gemodelleerd als een statisch onbepaalde ligger op verende steunpunten. Deze verende steunpunten worden gevormd door de veerstijfheid van de grond, rekstijfheid van het anker en de buigstijfheid van de buispaal. De steunpunten beschikken over een horizon- tale en verticale translatieveer en rotatieveer. De stalen deuvels zijn ontworpen om dwarskrachten in twee richtingen en wrin- ging over te brengen. De maatgevende situatie voor de deuvels is het geval dat de ankers bezwijken in het stramien naast de stalen deuvelverbinding. In het EEM-model wordt in het geval van ankeruitval een horizontaal steunpunt weggelaten. Er wordt een horizontale translatie- en rotatieveerstijfheid bepaald op de positie van het weggevallen steunpunt, waarin de buig- en wringstijfheid van de kesp is verdisconteerd. Deze veren zijn vervolgens in D-sheet Piling toegepast in een eindfase waarbij het anker bezwijkt. Hiermee zijn de maatgevende wringing en dwars- kracht bepaald ter plaatse van de deuvels (het wringmoment wordt opgenomen door twee deuvels). De deuvels moeten deze krachten overbrengen naar de naast- gelegen betonnen kesp. Om dit mogelijk te maken is splijt- en ophangwapening nodig rondom de deuvel. De krachten zijn bepaald door middel van vakwerkanalogie. De splijt- en ophangwapening zijn om de hoofdwapening van de kesp aangebracht (fig. 7, foto 8). Zo ontstaat inwendig evenwicht en is de constructie in staat de belasting over te brengen naar een andere moot. 4 m betonprop trompetconstructie betonschortbetonkesp stalen strips/ stiftdeuvels prefab wapeningskorf anker betonschort ctieve inwendige kolom haalkom buispaal betonprop tussenplank 9 10 11 9 Verticale doorsnede buispaal met betonprop en wapening (kadedeel A3-1) 10 Uitvoering betonprop 11 Haalkomwapening amazonehaven verbreed 4 2014 10 met 7 t.m. 12 strengen Ø13,8 mm afhankelijk van de optre- dende ankerkrachten. Die variëren van 420 ? 540 kN/m 1. Haalkommen en bolders In de bovenbouwconstructie zijn haalkommen (de voorzie- ning waaraan een binnenschip kan worden vastgemaakt) opgenomen. Deze haalkommen zijn voorzien van een flens met sparingen. Hierdoor kon wapening worden aangebracht die werd verankerd in de betonschort (fig. 11, 12). De haal- kommen worden maximaal belast met een representatieve waarde van 500 kN. Aangezien de haalkommen op verschil- lende niveaus zijn geplaatst vanwege fluctuerende waterstan- den, is een inwendig vakwerk ontworpen in de betonschort om de trosbelasting over te brengen naar de kesp. De opleg- krachten van het statisch bepaalde vakwerk worden door middel van ophangwapening overgedragen naar fictieve inwendige kolommen in de betonschort (fig. 12). De kolom- men dragen de trosbelasting via de kesp af naar de buispalen. De bolders op de kesp worden belast met een representatieve trosbelasting van 600 kN. Deze belasting kan zowel in het horizontale als in het verticale vlak onder een hoek van 0° tot 45° optreden. Om de verticale component over te dragen op de kesp zijn de ankers waarmee de bolders zijn bevestigd, voorzien van een ankerplaat waarmee een ponskegel wordt gecreëerd. Voor de horizontale component is het beton getoetst op splijtkrachten en voorzien van ophangwapening. Deze is tegen de ankers geplaatst en verankerd om de hoofd- wapening van de kesp (fig. 13). Tot slot Tijdens de verbreding van de Amazonehaven waren veiligheid en het voorkomen van oponthoud richting de omgeving de eerste prioriteit. Een goede afstemming met diverse uitvoe- rende partijen was essentieel. Ten tijde van het schrijven van dit artikel hebben zich geen veiligheidsincidenten of opont- houd voorgedaan en verliep de uitvoering conform contract- planning. ? De verbinding tussen betonprop en stalen buis wordt gevormd door stalen strippen of stiftdeuvels. Ter plaatse van de inleidkrachten vanuit de ankers in de betonprop zijn een oplegplaat en voldoende splijtwapening toegepast. De betonsterkteklasse van de prop is verhoogd naar C53/65. Met deze maatregelen is scheurvorming in het beton te beheersen. Aan de andere uiteinden zijn de ankers ingebed in een onder hoge druk geformeerd ankerlichaam. De ankers ontlenen hun trekkracht aan de schuifspanningen tussen de mantel van het ankerlichaam en de omringende grond. Ten behoeve van het aanbrengen van de ankers is een stalen boorbuis in de bestaande grondslag op de gewenste diepte geboord. Vervolgens zijn de ankerstrengen in de buis gescho- ven. Hierna is de ruimte tussen buis en strengen gevuld met cementgrout. De buis is daarna geleidelijk getrokken, waarbij de vrijkomende ruimte is gevuld door de cementgrout onder druk te verpompen (foto 10). De strengankers zijn uitgevoerd +1,00 +3,00 NAP ctieve inwendige kolomhaalkom betonkesp haalkom buispaal tussenplank buispaal beton- schort ankerplaat splijtwapening ophangwapening betonkesp bolder 12 13 14 12 Inwendige kolommen in de betonschort 13 Bevestiging bolder en wapening 14 Objectenboom kademuur Amazonehaven 15 clashcontrole ankers t.p.v. KmS-fundering amazonehaven verbreed 4 2014 11 ? proJectgegevens project Amazonehaven deel A1/A2/A3 opdrachtgever Havenbedrijf Rotterdam NV aannemer combinatie Besix-Van Oord (deel A1/A2) en Besix (deel A3) directievoering Ingenieursbureau Gemeente Rotterdam engineering Besix deel A1/A2 engineering Ingenieursbureau Gemeente Rotterdam A3 aanneemsom ca. 75 miljoen bouwtijd februari 2012 t.m. maart 2014 BIM en SE Vanwege de grote hoeveelheid stakeholders en de diversiteit en complexiteit aan bouw- en andere activiteiten in de nabijheid, heeft de opdrachtgever besloten dit project met behulp van een bouwwerk informatiemodel (BIM) voor te bereiden en uit te voeren. BIM moest zorgen voor overzicht en beheersbaarheid van alle activiteiten. IGR hanteert een BIM-methodiek die is gestoeld op systems engi- neering (SE), objectbenadering en 3D-modellering. Het gehele projectgebied is met behulp van SE uitgesplitst naar gecodeerde objecten (fig. 14). Dit gold voor zowel bestaande objecten als voor nieuw te bouwen objecten. Omdat IGR verantwoordelijk was voor het ontwerp van de kademuur en de aanpassing aan de Missouriweg, zijn deze objecten nog dieper uitgesplitst naar subobjecten. De samenhang tussen de objecten werd beheerd in een zogenoemde system breakdown-structure (SBS). Aan alle (sub-) objecten werden eisen gesteld die werden beheerd in een eisen- database. Hierin werd naast de specificatie van de eisen ook bijgehouden wie de eishouders waren en wat de status van de eisen was. Modelleurs kregen de opdracht 3D-representaties te maken van alle (sub-)objecten met inachtneming van de gestelde eisen. Al deze 3D-representaties werden met specialisti- sche modelleersoftware op dezelfde wijze gecodeerd als de objecten in de SBS. Aanvullende informatie kon door de model- leurs aan de objecten worden gekoppeld. Zo werden diversen 3D-submodellen door verschillende model- leurs aangeleverd aan de BIM-regisseur die ze samenvoegde tot één 3D-model. Dit leidde tot een 3D-equivalent van de SBS en de eisendatabase. Het maakte het mogelijk de modellen in hun samenhang te controleren, alsmede de 3D-representaties te controleren aan de hand van de aan de objecten gestelde eisen. De overeenkomstige objectcodering tussen SBS en 3D-represen- taties bleek daarbij een onmisbaar hulpmiddel. Met behulp van gratis 3D-viewers was het mogelijk het 3D-model beschikbaar te stellen aan alle andere rollen in het BIM-proces. Tijdens de aanbestedingsprocedure van het D&C-contract werden de aannemers voorzien van onder andere de eisendata- base, het 3D-model en de gekoppelde documenten. Van het 3D-model werden zowel het gecombineerde viewbestand als de bronbestanden beschikbaar gesteld. Er werden door IGR géén 2D-tekeningen geleverd. De eis van de opdrachtgever was dat de aannemer ook de as-built-gegevens in 3D zou aanleveren met behoud van oorspronkelijke, eventueel bijgewerkte BIM-informa- tie. De aanbesteding van het RAW-contract van de nieuw te bouwen kademuur was uiteraard 'traditioneel' te noemen. Echter, naast een set tekeningen en een bestek maakte ook een 3D-model, met dezelfde opbouw als bij het D&C-contract, deel uit van het aanbestedingsdocument. Dat model diende weliswaar slechts ter ondersteuning van de bestekstekeningen, maar is wel op expliciet verzoek van de opdrachtgever geleverd. Het voordeel van 3D-modelleren ten opzichte van 2D-tekenen heeft zich onder meer bewezen rondom de fundering van de KMS. Deze fundering bevond zich in het invloedsgebied van de verankering van de nieuw te bouwen kademuur. Na een clash- controle tussen beide 3D-submodellen bleek dat er conflicten zouden optreden tussen de nog te plaatsen ankers en de reeds aanwezige KMS-fundering, indien geen wijziging in het anker - ontwerp zou worden doorgevoerd (fig. 15). 15 amazonehaven verbreed 4 2014