? bruggenbouw ? onderzoek?ing.N.Kaptijn, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Hoofdafdeling Droge Infrastructuuring.G.H.Krie/aart, Bouwdienst Rijkswaterstaat, Hoofdafdeling Droge InfrastructuurIn de periode 1980 -1983 werd over het Eemmeer de Stichtse brug aangelegd. Deze brugvormt de verbinding van RW 27 met de in de provincie Flevoland gelegen N27 en N30S.Door het ontbreken van een snelle alternatieve route via Utrecht voor het verkeer tussende zuidelijke en de noordelijke provincies en doorde verhoogde verkeersintensiteitop RW27, is het noodzakelijk dat deze rijksweg op volledige breedte wordt gebracht en wordtdoorgetrokken tot Lelystad. Dit heeft onder meertotgevolg dat een tweede Stichtse brugmoet worden gebouwd. Bij de bouw van de eerste Stichtse brug destijds is hiermee reke-ninggehouden.In de voorde tweede brugopgezette variantenstudie is een ontwerp in be-ton met hoge sterkte opgenomen.DETWEEDESTICHTSEBRUGEEN TOEPASSING VAN BETON MET HOGE STERKTE B 85Het dek van de eerste, westelijk gelegen,brug, die bijna 22 m breed is, is gebouwd metde methode van vrije uitbouw (foto 1). Hettweecellige kokerdek heeft drie overspan-ningen. De hoofdoverspanning heeft eenlengte van 160 m en de beide eindoverspan-ningen hebben een lengte van 80 m.De maximale constructiehoogtebedraagt bijde tussensteunpunten 6,75 men verloopttot minimaal 2,50 m ter plaatse van de eind-steunpunten en het midden van de hoofd-overspanning. De onderrand van de kokerheeft de vorm van een 2,5-graads parabool.De brug is uitgevoerd in lichtbeton met be-tonkwaliteit B 32,5, waarbij het grove toe-slagmateriaal Liaporals grindvervanger isgebruikt.Het dek van de oostelijke brug moet wordenuitgevoerd in dezelfde breedte en construc-tiehoogten als het dek van de westelijkebrug. Het ligtvoor de hand te veronderstellendat met bovenstaande gegevens snel aande bouw van de tweede brug kan worden be-gonnen. Het lijkt immers voldoende het ont-werp van de westelijke brugte kopi?ren. Tochheeft de Bouwdienst Rijkswaterstaat een va-riantenstudie verricht om redenen die hier-onder worden beschreven.Q) Vrije uitbouw bij de eerste Stichtse BrugCEMENT1994/6 13? bruggenbouw ? onderzoek?De variantenstudieIn de variantenstudie zijn de ontwerpenbeoordeeld op twee punten:? De haalbaarheid.Van elk ontwerp zijn de kritieke onderdelenen eigenschappen bepaald en vervolgensis hieraan een waardeoordeel gekoppeld.? De bouwkosten.Voor elke variant is een totaal waardeoor-deel vastgesteld. Op basis daarvan is eenontwerp gekozen dat nader uitgewerkt moetworden.De studie is uitgevoerd op basis van een 'Pro-gramma van Eisen'. De belangrijkste puntenwaren hierbij:? het verticaal alignement van het brugdekmoet overeen komen met dat van dewestelijke brug;? hetverloop van de onderrand van hetbrug-dek moetgelijk zijn aan datvan de westelij-ke brug in verband met het benodigdedoorvaartprofiel;? het aantal rijstroken van oostelijke enwestelijke brug moet gelijk zijn;? de nieuwe VBC- en de VBB-normen moe-ten van toepassing zijn, alsmede aanvul-lende richtlijnen van de Bouwdienst;,? het scheepvaartverkeer moet tijdens debouw zo weinig mogelijk hinder ondervin-den.Het bovenstaande houdt in dat hetoostelijkedek eveneens gebouwd zal moeten wordenvolgens de methode van vrije uitbouwen dathetkokerdek wat betreft de buitenafmetin-gen en de overspanningen gelijk moet zijnaan het westelijke dek. Het dek van dewestelijke brug is ontworpen volgens de VB1974, waarbij in aangepaste vorm de mobie-le belasting uit de VOSB 1967 is aangehou-den.Voor het nieuwe dek zijn twee constructievebeschouwingen van belang.1. Met het toegepaste lichtbeton heeft deBouwdienst Rijkswaterstaat (ook bij an-dere lichtbetonbruggen) slechte ervarin-gen opgedaan. Het materiaal gaf nogaleens aanleiding tot scholvorming als ge-volg van het doorblazen van de omhul-lingsbuizen en spalding (uitspatting) vanhet beton nabij de verankeringen. Als ge-volg van bovenstaande problemen is in-14dertijd besloten geen lichtbeton meertoete passen. De eerste Stichtse brug is ??nvan de laatste in lichtbeton gebouwdevrije uitbouwbruggen die door de Bouw~dienst is ontworpen.Nadien zijn de constructieve aspectenvan lichtbeton in CUR-verband bestu-deerd. Dit heeft onlangs geresulteerd inde concept CUR-aanbeveling 'Beton metgrove toeslagmaterialen'. Hierin zijn tweegrove toeslagmaterialen beschouwd, na-melijk Liapor en het wat zwaardere lytag.Uit het rapport blijkt dat een lichtbeton-ontwerp, mits goed gedetailleerd, eenverantwoorde keuze kan zijn.De Bouwdienst Rijkswaterstaat heeftdaarom een variant in lichtbeton be-schouwd met het zwaardere lytag inplaats van Liapor, omdat lytag:? een hogere druk/treksterkte heeft;? dichter (duurzamer) is;? een hogere E-modulus heeft.2. Als gevolgvan de nieuwe VBC-normen deaanvullende richtlijnen van de Bouw-dienst Rijkswaterstaatis nu bij het doorre-kenen van het hoofddraagsysteem gere"kend met een grotere materiaalfactor invergelijking met het ontwerp van dewestelijke brug (1,4in plaatsvan 1,2). Ditheeftte maken metde beperkte mogelijk-heid tot herverdeling van spanningen inde drukzone bij kokerliggers. De onder-vloer wordt in feite op normaaldruk belasten niet op buiging.De belastingsfactor daarentegen is nage-noeg gelijk met hetgeen in het ontwerpvan de westelijke brug is aangehouden.Verder is de optredende rustende belas~ting iets hoger als gevolg van toepassingvan zeer open asfaltbeton (ZOAB).Directe consequenties van bovenstaandebeschouwingen zijn:1. dat een ontwerp in lytag-lichtbeton eenhogere betonsterkteklasse vereist (B45);2. dat een ontwerp in het zwaardere grind-beton eveneens een hogere betonsterk-teklassevereist (B 65).De laatste jaren zijn op betontechnologischgebied nieuwe ontwikkelingen op ganggeko-men. Een van deze ontwikkelingen betrefthet toepassen van beton met hoge sterkte(BHS), waarover onlangs CUR-Aanbeveling37 'Hoge sterkte beton' is verschenen. On-der BHS wordt verstaan B 75 of hoger. In hetbuitenland hebben reeds interessante toe-passingen plaatsgevonden.Voortoepassingen waarbij het eigen gewichtvan de constructie een grote rol speelt, lijktditmateriaal uitermate geschikt. In hetgevalvan de Stichtse brugvormt hetbelastingaan"deel van het eigen gewichtvan het kokerdekcirca 80% van de maximale brugbelasting.Door optimalisering van de koker (kleinerewand- en ondervloerdikten) zijn aanzienlijkemateriaalbesparingen in de gehele brugcon-structie te bereiken. Opgemerkt hierbij wordtdat de dikte van de bovenvloer van hetoostelijke dekin verband met de bergingvanuitkragingsvoorspanning gelijk is gehoudenaan de dikte van het westelijke dek.De Bouwdienst heeft om bovengenoemdereden een ontwerp in BHS in de varianten-studie betrokken.De variantenstudie heeft geleid tot drie ont-werpen:1. Een ontwerp in lichtbeton met lytag alsgrof toeslagmateriaal in de betonsterk-teklasse B 45 (lB 45).2. Een ontwerp in hogere sterkte grindbetonin de betonsterkteklasse B 65 (GB 65).3. Een ontwerp in beton met hoge sterkte inde betonsterkteklasse B 85 (BHS 85),met als overwaarde de eis dat na 56 da-gen een karakteristieke druksterkte van95 N/mm2aanwezig moet zijn.PraktijkproefAangenomen werd dat produktie en verwer-king van lichtbeton B 45 en grindbeton B 65geen onoverkomelijke problemen zoudenopleveren. De vereiste sterkten zijn al eerderin de praktijk gerealiseerd. Met beton methoge sterkte was nog geen praktijkervaringopgedaan. Weliswaar is in 1992 met B 95[1,2] een praktijkproef uitgevoerd, maar hetdaarbij gebruikte mengsel is niet geschiktvoor toepassing in een uitbouwbrug.In het kader van ditproject heeft de StichtingProduktOntwikkeling 'Betonmortel (SPOB)op verzoek van de Bouwdienst Rijkswater-staat een mengsel ontwikkeld dat wel ge-schikt zou moeten zijn. Om hier zeker van tezijn, en om er zeker van te zijn dat produktieen verwerking in de praktijk beheersbaarzijn,is eind 1993 een praktijkproefverricht.CEMENT1994/6De proef is uitgevoerd doorWELLING DIDAMin samenwerking met SPOB onder begelei-dingvan een voor dit doel opgerichteproject-groep, waarin de Bouwdienst Rijkswater-staat, de Technische Universiteit Delft enSPOB waren vertegenwoordigd.Het storten van een uitbouwbrug gebeurt infasen. Elke week wordt aan weerszijden vanhet tussensteunpunt een moot ter lengtevan 5,00 m gestort. Het storten vindt plaatsop vrijdag; de ondervloer, de wanden en debovenvloerworden in ??n daggestort. Ditge-beurt vrijwel zonder onderbreking, zodatgeen stortnaden ontstaan. Nadat de onder-vloer enigszins is opgesteven, worden dewanden er in fasen opgestort (gemiddeldestijgsnelheid ongeveer 1,5 m per uur). Demaximale constructiehoogte is 6,75 m.Enkele problemenHet mengsel, dat is toegepastbij de in 1992uitgevoerde praktijkproef, heeft een zodani-ge consistentie (zetmaat 250 mm), dat bijverwerking een vrijwel horizontaal stortfrontontstaat. Hierdoor ontstaat een lang stort-front, wat lastig is bij de verwerking en de af"werking. De dormante periode bedraagt on-geveer 20 uur (de dormante periode is deperiode tussen hetstorten van de betonmor-tel en het begin van de verharding).De ondervloervan een uitbouwbrug heeft inde nabijheid van de tussensteunpunteneenhelling van 1:7 (foto 2). Aangezien geen bo-venkist wordt toegepast, zou "mede geziende lange dormante periode - de slappe mor-tel in dit geval de kist uitvloeien.Bij het verharden van het in 1992 uitgevoer-de proefstuk werd zoveel warmte geprodu-ceerd, dat bij warm weer de betontempera-tuur opliep tot bijna 70?C. Een zodanig hogetemperatuur is ongewenst, omdat dit na af-kOeling aanleiding kan geven tot ongewen-steinwendige spanningen en scheurvor-ming.Hoge sterkte geeft de mogelijkheid dunnewanden (320 mm) toe te passen. Er moetwel zekerheid worden verkregen of debeoogde grote hoogte zonder bijzonderevoorzieningen op de gebruikelijke manierkan worden gestort.Door de geringe dikte van de wanden is hetniet meer mogelijk-zoalsgebruikelijk -de uit-kragingsvoorspanning in de wanden af tespannen. Dit vindt plaats in de bovenvloer,direct naast de wanden. Het voordeel hier-van is een geringerwrijvingsverlies omdatdekabels niet eerst vanuit de wand in de vloerhoeven te worden gebogen. Debeugelwape-ningwordtaanzienlijkvereenvoudigd, omdatdeze niet bij elke kruising met de voorspan-ning hoeft teworden onderbroken.Het mengsel60 uur na het storten is een sterkte gewenstvan f'cm6?u = 32,5 N/mm2.Daardoor kan ophetmomentvan spannen (maandagmorgenna het storten) worden volstaan met beperk-te afmetingen van de voorspanankers.Na 28 dagen moet f'ck28d = 85 N/mm2zijn,na 56 dagen moet f'Ck56d = 95 N/mm2zijn.Gezien de toegepaste mengverhouding tus-sen hoogovencement en portlandcement isdeverwachting datbij koud weer f'ck28d = 95N/mm2 niet haalbaar zal zijn. Omdat hogespanningen in debeton pas ruim na dezepe-riode zullen optreden wordt deze afwijkingals aanvaardbaar geaccepteerd.Voor de berekening van de brug geldt sterk"teklasse B 85.Mede op basis van in het buitenland in depraktijk toegepaste mengsels is gekozenvoor een mengsel met een zetmaat van 200? 20 mm bij levering op het werk.De samenstelling van het mengsel moet zo"danig zijn dat een minimum aan warmtewordt geproduceerd over een langere perio-de dan gebruikelijk bij beton met hoge sterk"te. In plaats van 100% portlandcement Cwordt daarom gekozen voor 50% portlandce-ment C en 50% hoogovencement A. De tra-gere sterkteontwikkeling die daarvan het ge-volg is, isvoor deze toepassing nietbezwaar"lijk.Het mengsel moet zodanig handelbaar en'stuurbaar' zijn, dat onder alle weersomstan-digheden de verwerking, de afwerking en deverharding van de mortel beheersbaar is.De samenstelling van de mortel per m3 is alsvolgt:? 238 kg portlandcement C? 237 kg hoogovencement A? 25 kg silica fume? 150 I water, watercementfactor 0,32? zand, korrelgroep 0/4 mm? gebroken grind, korrelgroep 4/16 mm? 0,6% Na-lignosulfonaat 40%? 3,4% Na-naphtaleensulfonaat 20%? 0,2% Na-lignosulfonaat/gluconaat 25%@ De bouw van de eerste Stichtse Brug. De ondervloer kent hellingen van 1:7CEMENT1994/6 15? bruggenbouw ? onderzoek?@ Dwarsdoorsnede over het proefstuk (inzet: z?jaanzicht)CID Dwarsdoorsnede ter plaatse van een tussensteunpunt met daarin gearceerd devorm van het proefstuk3100 I~II 2000 ? I? 50002181013860511 ~ .. 1:40-'t fI I- ....E2-1 II1~I 130b~~3225~ 3100IHet proefstukDe vorm van het proefstuk (fig. 4), de toege-paste wapening en de gebruikte bekistingzijn zodanig gekozen dat een zo goed moge-I?ke vergel?king met de prakt?k kan wordengemaakt. Daartoe is een karakteristiek deelvan de dwarsdoorsnede gekozen. Dit deel isgearceerd in figuur 3 aangegeven. Op derand die overeenkomt met het hart van dekoker is een extra wandje met een hoogtevan 1,00 m gestort.De lage wand is direct na de ondervloer ge-stort. Onder de hoge wand werd eerst de on-dervloer gestort en vervolgens - na enig op-stijven - de eerste 1,50 m wand. De geringehoeveelheid beton die b? het trillen van dewand onder de bekisting uitwelde, is ge-bruikt om de vloer op de juiste manier af tewerken. Deze werkw?ze bleek beter te vol-doen dan de werkw?ze als toegepast onderde hoge wand, die tot op heden gebruikel?kis.oo";"~"s