20?CEMENT?7 2025 1 Kantelen prefab element landhoofd op voorbouwlocatie (foto: Van Hattum en Blankevoort/Drone Addicts) Landhoofden met prefab sponningen Hybride constructie draagt horizontale en verticale belastingen af 1 CEMENT 7 2025 ?21 Selectieve Onttrekking De landhoofden vormen de verti- cale en horizontale oplegging voor de scheidende wanden en zijn geïntegreerd in de kerende constructie, die zich aan beide zijden van het Binnenspuikanaal bevindt. De landhoofden zijn identiek en bestaan uit een prefab betonnen element (de 'prefab sponning') van 15 m lang met een doorsnede van 3,75 × 2,1 m² (fig. 2). Over de hoogte van dit element is een sleuf (de daadwerkelijke sponning) opgenomen van 1,25 × 1,125 m², waarin de betonnen schei- dende wanden vallen. Onderin het prefab element bevindt zich een vloer. De bovenkant van het landhoofd ligt op NAP +1 m, de onderzijde op NAP -14 m. Bouwkuip De prefab sponning is geplaatst in een per- manente bouwkuip met aan de landzijde verankerde combiwanden (buispalen Ø1420 × 21) en aan de waterzijde een damwand- scherm (AZ52-700) (fig. 3). Als waterdichte afsluiting aan de onderzijde is onderwater- beton (OWB) aangebracht, verankerd met verticale GEWI-trekankers. De bouwkuip maakt deel uit van de permanente dragende constructie. Door het toepassen van een bouwkuip met onderwaterbeton kon het element in den droge worden geplaatst. Hierdoor is veel duik- en onderwater laswerk vermeden. Het onderwaterbeton in de bouwkuip is in de eindsituatie niet dragend. Verticale belastingen worden door de combiwanden afgedragen naar de ondergrond. In de eindsituatie is de middelste plank van het damwandscherm van de bouwkuip afgebrand en verwijderd. Zo is er ruimte ontstaan om de betonnen scheidingswanden te plaatsen. Twee rubber omega-profielen tussen de prefab sponning en het resterende damwandscherm zorgen voor een water- dichte afsluiting, waardoor achterloopsheid niet op kan treden (fig. 3). Verbindingen Na het plaatsen van de prefab sponning, moest hij op drie niveaus worden verbonden met de combiwanden van de bouwkuip. Dit ten behoeve van de afdracht van de horizon- tale belastingen en het op zijn plek houden van de element. Allereerst is het prefab element door middel van twee stalen frames (fig. 2, foto 4) horizontaal verbonden met de achterste vijf buispalen van de combiwand, op NAP -8 m en NAP -12,90 m. Aan de buispalen en het betonelement zijn bakjes gemaakt waar de staalframes in vallen (foto 5). Hierbij is zo- veel mogelijk gebruikgemaakt van verbin- dingen die enkel drukkrachten overbrengen. Zodoende wordt een eenduidige en voor- Aan weerszijden van de keerconstructie in de Selectieve Onttrekking bij de Zeesluis IJmuiden, waarmee het zoute en het zoete water worden gescheiden, bevinden zich de landhoofden, die bestaan uit een prefab sponningselement. Deze elementen zijn voorgebouwd op een voorbouwlocatie en vervolgens naar de definitieve locatie gevaren. Diverse constructies zorgen voor een juiste krachstafdracht. Contour dom biwand Staalframe 2 Staalframe 1 Contour dam wand Onderwaterbeton Prefab sponning In situ pet 22?CEMENT?7 2025 2 3D-view landhoofd (exclusief groot deel van bouwkuip/combiwand) 3 Doorsnede landhoofd NAP -1,6 (inclusief bouwkuip/combiwand) 4 Staalframe van bovenaf gezien (foto: Dennis Westerink, DW Welding) De prefab sponning is door middel van 2 stalen frames horizontaal verbonden met de combiwand 2 3 4 CEMENT 7 2025 ?23 Selectieve Onttrekking spelbare krachtswerking gerealiseerd. Het ontwerp van de stalen bakjes en de krachts- inleiding in de buispalen is gecontroleerd in het 3D-eindige-elementenprogramma RFEM. Hierbij is het globale effect in de buispalen (buiging en normaalkracht) gecombineerd met het lokale effect (geconcentreerde krachtsinleiding). Aan de bovenzijde is een in situ beton- nen vloer (de 'pet') gestort, waarmee de prefab sponning ook aan de bovenzijde met combiwand is verbonden. Via deze pet kun- nen zowel horizontale als verticale belastin- gen worden afgedragen naar de buispalen. In de eindsituatie ontstaat zo een hybride constructie van beton, constructie- staal en een combiwand die de horizontale en verticale belastingen afdragen naar de ondergrond. Deze totaalconstructie wordt het landhoofd genoemd. Krachtswerking Verticale belastingen?De totale verticale belasting bedraagt circa 7000 kN per land- hoofd. Deze wordt op twee manieren afge- dragen, afhankelijk van de stap in de bouw- fasering. Bij plaatsing van de prefab sponning in de bouwkuip rust het element op het on- derwaterbeton en het daaronder aanwezige draagkrachtige zandpakket. In de eindsituatie, dus na het gereed- komen van de pet en het plaatsen van de scheidende wanden op de vloer onderin het prefab element, wordt verreweg het grootste deel van de verticale belasting afgedragen via de prefab sponning en de pet naar de buispalen van de combiwand. Door de aanwezigheid van de pet ont- staat een stijver systeem, waarbij de con- structie hangt aan de buispalen. Dankzij het uitgangspunt dat alle verticale belastingen via de bovenzijde kunnen worden afgedragen, kunnen het OWB en de trekankers in het OWB worden beschouwd als een tijdelijke constructie. Horizontale belastingen?In horizontale richting, haaks op de scheidende wanden (evenwijdig aan het Binnenspuikanaal), dragen de wanden via opleggingen de belas- ting af op de prefab sponning. Iedere wand heeft vier horizontale opleggingen, twee per zijde. Deze wordt vervolgens, door de prefab sponning, afgedragen naar de stalen frames en de in situ pet, en vervolgens naar de buis- palen. In de richting evenwijdig aan de schei- dende wanden (haaks op het Binnenspuika- naal) is aan de bovenzijde van de prefab sponning een oplegging voorzien om hori- zontale belasting evenwijdig aan de wanden op te nemen, waarna deze ook via de pet naar de buispalen wordt afgedragen. 5 Laswerk aan een van de bakjes voor de staalframes (foto: Dennis Westerink, DW Welding) 5 In de eindsituatie hangt de prefab sponning via de pet aan de buispalen 24?CEMENT?7 2025 6 Krachtsafdracht verticaal in eindsituatie?7 Krachtsafdracht horizontaal in eindsituatie 8 Doorsnede prefab sponning met voorspankabels en hijspunten 9 Doorsnede zijwand verbinding prefab sponning-pet Meer over deze opleggingen staat in het deel over de scheidende wanden. Het principe van de verticale en horizontale krachtsafdracht in de eindsituatie is weer- gegeven in figuur 6 en 7. Om de krachtswerking en de interactie tus- sen betonconstructie, combiwand en grond goed te kunnen beschouwen, zijn rekenmo- dellen gemaakt in Plaxis 3D en Scia Engineer. Randvoorwaarden en vervormingen zijn hierbij afgestemd om tot een juiste modelle- ring te komen. Hierbij zijn ook zaken als bouwfasering en variaties in grondgedrag beschouwd. Betonconstructie en wapening Het prefab betonnen element is uitgevoerd in voorgespannen beton. De voorspanning is bedoeld als ophangwapening, maar ook om de momentcapaciteit bovenin de prefab sponning te vergroten. Door de grote verti- cale belasting vervormt de pet en ontstaan grote opendraaiende momenten in de aan- sluiting van de prefab sponning en de pet. De voorspanning bestaat uit 11 rechte kabels, bestaande uit 15- en 7-strengs kabels (fig. 8). Voor de verbinding tussen de prefab sponning en de pet wordt gebruikgemaakt van mechanische koppelingen. De knoop aan de bovenzijde is uitda- gend. De aanwezigheid van de grote open- 6 7 8 9 CEMENT 7 2025 ?25 Selectieve Onttrekking draaiende momenten, grote dwarskrachten, splijtkrachten, de hijspunten en de veranke- ring van de voorspanning levert een inge- wikkelde wapeningsknoop op, waarbij door het gebruik van T-heads zoveel mogelijk werkruimte is gecreëerd (fig. 9). De maakbaarheid is gewaarborgd door een stappenplan op te stellen waarbij de wapening clashvrij in 3D is uitgewerkt (fig. 10 en 11). Deze inspanning tijdens het ontwerptraject heeft zich uitbetaald door een vlotte uitvoering van het vlechtwerk. Montage en hijspunten De prefab sponningen zijn in horizontaal liggende positie voorgebouwd. Om ze te kun- nen plaatsten zijn ze gekanteld en met een drijvende bok vervoerd naar de definitieve positie. Om het kantelen en inhijsen mogelijk te maken zijn vier hijspunten voorzien, met ingestorte shearkeys, die werken als afschuif- verbinding, en acht M36 voorspanankers (foto 1 en 12). De hijspunten zijn ontworpen op het opnemen van zowel een grote dwars- kracht als een trekkracht (vanwege het kan- telen), als gevolg van het eigen gewicht van 240 ton. Door de wijze van voorbouwen en transporteren kent iedere fase zijn eigen specifieke ontwerpbelastingen en krachts- werking.? 10 3D-wapening bovenzijde prefab sponning met hijspunten 11 3D-wapening pet 12 Hijspunten onderzijde prefab sponning (foto: Hugo Vlieland) 11 12 10 In de wapeningsknoop is door het gebruik van T-heads zoveel mogelijk werk- ruimte gecreëerd