Log in
inloggen bij Cement
Hulp bij wachtwoord
Geen account?
shop word lid
Home / Alle kennis / Artikelen

Integraal ontwerpen op de Maasvlakte

Invloed uitvoering op constructief ontwerp Container Exchange Route Sander den Hertog - 19 maart 2020

Bij het ontwerpen van een constructie is het net zo belangrijk rekening te houden met de bouwfase als met de eindsituatie. De keuze voor een bepaalde bouwmethode, fasering en positie van stortnaden heeft immers direct invloed op de krachtswerking in die constructie. Een vroegtijdige afstemming tussen de verschillende betrokken partijen en afdelingen binnen een project is daarom noodzakelijk. Zo ook bij het project CER, de Container Exchange Route op de Maasvlakte.

Projectgegevens

Project Container Exchange Route
Opdrachtgever Havenbedrijf Rotterdam
Opdrachtnemer Combinatie CER, gevormd door Koninklijke VolkerWessels, ondernemingen KWS en Van Hattum en Blankevoort
Leverancier prefab beton Spanbeton
Leverancier gewapende grondconstructies Terre Armée

De Container Exchange Route (CER) verbindt de containerbedrijven op de Maasvlakte met elkaar en maakt het mogelijk de uitwisseling van containers efficiënter te laten verlopen (foto 1). In het project wordt circa 14 km CER-baan aangelegd, waarin zich drie grote kunstwerken bevinden: kunstwerk West (nabij RWG-terminal), kunstwerk Noord (nabij de APMT-terminal) en kunstwerk Zuid (ten zuiden van de APMT-terminal).
De kunstwerken bestaan grotendeels uit prefab brugdekken, die op betonnen hamerstukken en portaalconstructies zijn opgelegd. De landhoofden bevinden zich op gewapende grondconstructies en zijn op palen of op staal gefundeerd.

Ontwerpfase

Het projectteam bestaat vanaf de VO-fase uit ontwerpers, werkvoorbereiders en uitvoerders. Ook de onderaannemers waren vanaf dat moment nauw betrokken, voor een goede integrale afstemming. Daardoor werden veel raakvlakken al in een vroeg stadium op elkaar afgestemd. De keuze voor bepaalde bouwmethoden, de locatie van stortnaden en faseringen kon zo worden gemaakt op basis van zowel constructieve haalbaarheid als uitvoerbaarheid. Door deze keuzen tijdig in het ontwerpproces te maken, werden de consequenties direct in het ontwerp meegenomen. Met name kunstwerk West en kunstwerk Noord vergden vanwege de complexiteit van de constructies extra aandacht. De gevolgen die bepaalde uitvoeringsmethoden voor het ontwerp hadden, worden in dit artikel toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden. Het betreft drie aandachtspunten:

  • verhinderde vervormingen door gefaseerd storten;
  • extra voorzieningen voor hulpwerk;
  • wijzigende oplegposities t.g.v. transport en hijswerkzaamheden.

Kunstwerk West

Kunstwerk West beslaat een gebied van circa 700 x 300 m2 en kruist meerdere sporen en toegangswegen (fig. 2). Onderdeel van dit kunstwerk zijn twee grote portaalconstructies (t.p.v. as W13 + W14) en een groot in twee richtingen uitkragend hamerstuk (t.p.v. as W15). Hierop rusten zowel de CER-baan als de naastgelegen Service Road, waardoor deze extra zwaar zijn belast.

Verhinderde vervormingen

Om de hoge belastingen te kunnen dragen is besloten de onderslagbalken van deze drie tussensteunpunten als 4,2 m hoge hoedliggers uit te voeren (fig. 3). De langste onderslagbalk (t.p.v. as W13) is 36 m lang en weegt bijna 700 ton. Alleen conventionele wapening bleek niet voldoende om de belastingen te kunnen dragen en daarom zijn in de balken ook 10 tot 12 voorspankabels 22Ø15.7 (FeP1860) aangebracht.

Vanuit constructief oogpunt is het wenselijk om de hoedliggers in één fase te storten. Op die manier zijn de verhinderde vervormingen tijdens het verhardingsproces immers kleiner. In eerste instantie was dit dan ook het uitgangspunt. Door de grote afmetingen van de balken en de wapeningsdichtheid bleek dit echter niet goed uitvoerbaar. Daarom is er in een vrij laat stadium alsnog voor gekozen de hoedliggers in twee fasen te storten (fig. 4).

Een gevolg van deze keuze is dat door verhinderde vervormingen ter hoogte van het stortvlak extra spanningen in de doorsnede ontstaan. Enerzijds door temperatuurverschillen tussen de twee delen die tijdens het verhardingsproces optreden en anderzijds door verhinderde krimp- en kruipvervormingen. Met behulp van het eindige-elementenpakket DIANA is een 3D-model van de hoedliggers opgesteld. Met behulp van dit model zijn de tijdens verharding optredende trekspanningen in de balk bepaald (fig. 5).

Uit de eerste berekeningen bleek al snel dat de trekspanningen in de balk door toedoen van autogene krimp te groot zouden worden. Daarom is het betonmengsel van de tweede fase stort aangepast naar een mengsel met een klein percentage geëxpandeerde kleikorrels. De kleikorrels zijn verzadigd met water dat tijdens het verhardingsproces wordt afgegeven. Het ontstaan van capillaire onderdruk in de ruimte tussen de korrels wordt zodoende beperkt, waardoor de autogene krimp van het betonmengsel minimaal is. De uiteindelijk optredende trekspanningen van gemiddeld circa 2,0 MPa zijn dan ook voornamelijk het gevolg van thermische uitzetting en krimp als gevolg van hydratatie van het beton (uitdrogingskrimp). Het voorspanprotocol is daarbij dusdanig geoptimaliseerd dat gedurende de verhardingsfase de optredende betontrekspanningen minimaal zijn en doorgaande scheurvorming wordt voorkomen.

De hoedliggers van kunstwerk West zijn in twee fasen gestort, waarbij door verhinderde vervormingen extra spanningen in de doorsnede ontstaan

Ondersteuningsconstructie portaalconstructies

Niet alleen de definitieve constructie van deze steunpunten vormde een uitdaging, ook de tijdelijke voorzieningen die nodig waren om de onderslagbalken te maken. Om zware hijswerkzaamheden te voorkomen was het wenselijk de onderslagbalken van de portaalconstructies direct op de kolommen te bouwen. Door het hoge stortgewicht en de eis dat het spoor beschikbaar moest blijven, werden de benodigde ondersteuningsconstructies een project op zich.
Om het spoorverkeer doorgang te laten vinden is in de ondersteuningsconstructies een doorrijpoort opgenomen (foto 6). Voor het opvangen van de hierdoor toegenomen stempelkrachten, zijn extra palen in de ondergrond aangebracht. Daarnaast zijn een groot aantal tuien aangebracht om windbelastingen op te kunnen vangen.

De keuze om de onderslagbalk in twee fasen te storten, had voor deze tijdelijke constructie een bijkomend voordeel. Het eerste gestorte deel was hierdoor, na voldoende te zijn verhard, in staat het gewicht van de tweede stort af te dragen naar de ondersteunende stempels. Als gevolg hiervan kon de onderliggende bekisting lichter worden uitgevoerd.

Om het spoorverkeer doorgang te laten vinden is in de ondersteuningsconstructies van kunstwerk West een doorrijpoort opgenomen

Damwanden

Naast de hulpwerken die boven het maaiveld uitsteken, zijn naast het spoor ook in de ondergrond diverse hulpconstructies in de vorm van damwanden aangebracht. De afstand tussen de damwanden en het spoor was echter beperkt. Daarom is ervoor gekozen om deze als verloren bekistingsconstructie voor de poeren onder de pijlers te gebruiken. Het aanbrengen van de ontgravingen die voor het bouwen van de op palen gefundeerde poeren nodig waren, was hierdoor ook nog eens eenvoudiger.
Vanuit constructief oogpunt had dit als voordeel dat de poeren iets breder konden worden gemaakt. Hierdoor ontstonden er meer mogelijke paalposities, waardoor de draagcapaciteit van de palen uiteindelijk efficiënter wordt benut.

Kunstwerk Noord

Kunstwerk Noord is een gebogen viaduct dat de onderliggende infrastructuur grotendeels schuin kruist (fig. 7). Voor dit kunstwerk is een ontwerp gekozen waarbij sprake is van zoveel mogelijke repetitie in zowel de boven- als onderbouw. De dekken bestaan uit zes aansluitende overspanningen van elk 29 m lengte. Naast twee hoog gefundeerde landhoofden bestaat de onderbouw uit vier hamerstukken en één portaalconstructie. Door de benodigde beschikbaarheid van het bestaande spoor en de beperkte ruimte was een goede voorbereiding belangrijk.

Transport en hijsen onderslagbalk N5

De onderslagbalk van de portaalconstructie in kunstwerk Noord is ter plaatse van de kolommen op rubberen oplegblokken geplaatst (fig. 8). De balk heeft een rechthoekige doorsnede, weegt circa 420 ton en is 23,4 m lang. Naast conventionele wapening is ook deze balk voorzien van 12 voorspankabels 22Ø15.7 (FeP1860) (fig. 9).

Het boven het spoor bouwen van de onderslagbalk was in dit geval geen optie. Doordat de onderslagbalk meerdere sporen kruist, zou de overspanning van de tijdelijke ondersteuningsconstructie te groot worden. Vanwege de beperkte ruimte boven het PVR van het spoor, was er onvoldoende hoogte voor een dergelijk zware constructie beschikbaar. Daarom is voor het prefabriceren van de onderslagbalk op een voorbouwlocatie gekozen.
Door het grote eigen gewicht van de balk en de beschikbare ruimte voor het plaatsen van kranen, was het echter niet mogelijk om de balk vanaf een naast het spoor gelegen locatie op zijn plek te hijsen. In dat geval zou de vlucht van de kranen te groot worden. Daarom is besloten de balk op een iets verder weggelegen locatie te bouwen en deze met behulp van SPMT’s (Self-Propelled Modulair Transporters) vanaf de voorbouwlocatie naar de definitieve locatie te transporteren (foto 11). De SPMT’s zijn hierbij evenwijdig aan de definitieve as van de onderslagbalk geplaatst. Vervolgens zijn deze op een vooraf over het spoor aangebrachte hulpbrug gereden. Hierdoor kon de balk direct naast zijn uiteindelijke positie worden gemanoeuvreerd. Vanaf die plek is de balk praktisch alleen nog verticaal omhoog gehesen om op zijn definitieve steunpunten te kunnen worden geplaatst (foto 10). Dit alles binnen een relatief korte buitendienststelling van de spoorweg.

Als gevolg van deze bouwfasering moesten er in het ontwerp een aantal extra belastingsituaties worden beschouwd. Dit vanwege het wijzigen van de positie van de opleggingen tijdens de verschillende bouwfasen. Tijdens het transport en het hijsen lag de balk op een stalen frame, waarbij in tegenstelling tot de eindsituatie een overstek aanwezig was van ongeveer 1,5 m. De trekspanningen aan de bovenzijde van de balk namen hierdoor 1,5 MPa toe. Door in de bouwfase alleen de bovenste zes kabels voor te spannen kon de betondoorsnede tijdens transport volledig onder druk worden gehouden. Zodra de prefab liggers van de brugdekken op de balk waren geplaatst, zijn ook de onderste zes voorspankabels gespannen.

De onderslagbalk N5 is op een voorbouwlocatie gemaakt en met behulp van SPMT's naar de definitieve locatie getransporteerd

Inhijsen onderslagbalk N6

Het steunpunt naast de portaalconstructie is een hamerstuk (N6) (fig. 12). De wand van dit hamerstuk bevindt zich vlak naast het spoor. De onderslagbalk kraagt daarnaast uit boven het bestaande spoor. Omdat de ruimte voor het maken van een ondersteuningsconstructie ook in dit geval te beperkt was, is besloten om deze balk ook op een naastgelegen voorbouwlocatie te prefabriceren. Vanaf deze locatie kon de balk in één keer op de kolom worden gehesen (foto 13). Voordeel ten aanzien van de veiligheid was dat de werkzaamheden hierdoor niet op hoogte en naast het spoor hoefden te worden uitgevoerd.

Voor het ontwerp van de balk had dit met name gevolgen voor de dimensionering van de stekwapening die tussen de onderslagbalk en de kolom moest worden aangebracht. Om de verbinding goed te kunnen maken, was het noodzakelijk om deze op een grotere dekking en hart-op-hart-afstand te plaatsen. Daarnaast zijn vier 42 tons hijslussen toegevoegd om de balk te kunnen hijsen. Voor een goede verankering van de lussen is in de balk extra wapening rondom de hijslussen aangebracht.
De verbinding tussen kolom en onderslagbalk is uiteindelijk tot stand gebracht door in de voorgebouwde onderslagbalk verticale gains op te nemen (foto 14). Daarbij is zowel aan de ontwerpkant als de uitvoeringskant veel aandacht besteed aan het goed op elkaar aan laten sluiten van de 1400 mm lange stekken Ø40-200 en de in de balk gestorte gains.

Voorafgaand aan het hijsen van de balk waren enkele kleine vezelcementplaten op de kolom aangebracht. Hierdoor ontstond circa 50 mm ruimte tussen kolom en onderslagbalk, die vervolgens tegelijkertijd met de gains vol is geïnjecteerd. Deze voeg is aan de buitenzijde dichtgezet met een bekisting van plexiglas (foto 15). Hierdoor kon de mate van vulling van de voeg en de gains goed in de gaten worden gehouden met als resultaat een perfecte verbinding tussen kolom en onderslagbalk.
Uiteindelijk kon de balk tijdens een nachtelijke hijsoperatie probleemloos op de kolom worden geplaatst.

Tot slot

Het project CER toont aan dat de invloed van een uitvoeringsmethode op het ontwerp van een constructie groter kan zijn dan je op het eerste gezicht zou denken. Relatief kleine aanpassingen in het ontwerp kunnen aan de andere kant weer veel voordelen opleveren bij de realisatie ervan. Bij CER zijn werkvoorbereiders, uitvoerders en onderaannemers bewust vanaf de voorontwerpfase bij het ontwerpproces betrokken. Hierdoor zijn veel raakvlakken al in een vroeg stadium op elkaar afgestemd. Het resultaat is een integraal en maakbaar ontwerp van de nieuwe Container Exchange Route.

Video

In onderstaande video wordt het project Container Exchange Route (CER) in beeld gebracht.

Reacties

Ronald de Geus - VSF 30 april 2021 11:01

duidelijk artikel met prima visualisaties

Kersten Brian - KWS 29 april 2021 20:22

Topper

x Met het invullen van dit formulier geef je Cement en relaties toestemming om je informatie toe te sturen over zijn producten, dienstverlening en gerelateerde zaken. Akkoord
Renda ©2021. All rights reserved.

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie AccepterenWeigeren