thema Lang, hoog en slank 2 2 0 09 54 thema Lang, hoog en slank Kunstwerk 19 is hoogste punt in Randweg Eindhoven 54_58_10_KW19 54 02-03-2009 18:20:00 Lang, hoog en slank2 2 0 09 55 1 Overzicht laatste bouwfasen kunstwerk 19, december 2008 foto: Boudewijn Bollmann Kunstwerk 19 is één van de meest in het oog springende onder - delen van het project Ombouw Randweg Eindhoven en over - brugt de rivier de Dommel en het complete knooppunt De Hogt. Met een lengte van 560 m, verdeeld over dertien velden, verheft deze fly-over zich tot wel 18 m boven het maaiveld. Het is daarmee het hoogste punt van de randweg. Het hoogteverschil tussen het hoogste punt van het dek en het laagste, ter plaatse van het oostelijke landhoofd, bedraagt bijna 9 m. Het dek ligt in een horizontale boog met een straal van 360 m, zodat het over zijn lengte nagenoeg een kwart cirkel beschrijft. De onderdelen van het kunstwerk zijn zeer slank uitgevoerd. Het dek is als een ter plaatse gestorte voorgespannen plaat uitgevoerd in betonsterkteklasse C53/65, en is in de velden 1,30 m en ter plaatse van de steunpunten 1,65 m dik. De verhouding hoogte:lengte van de gemiddelde overspanning bedraagt 1:34, van de grootste overspanning zelfs 1:42. Het definitief ontwerp van kunstwerk 19 is gemaakt door Oranjewoud, de uitwerking tot een uitvoeringsontwerp is gedaan door Movares/Breijn. Fasering Vanwege de omvang van het dek en de verkeersafwikkeling was een fasering noodzakelijk en is het dek in zes delen gestort. Het eerst gestorte deel (met drie overspanningen en twee overstek- ken van circa 8,5 m) heeft een lengte van 161,5 m, het tweede deel is aan de zuidzijde hiervan aangebracht en is 75,6 m lang. De overige bouwfasen zijn aan de noordzijde aangebracht en variëren in lengte van 71,1 tot 88,6 m. Het was mogelijk de eerste stortfase twee keer langer uit te voeren dan de overige stortfasen, omdat in deze fase tweezijdig kon worden gespan- nen. De overige fasen konden slechts aan één zijde worden gespannen omdat ze aan de voorgaande fase zijn gekoppeld. De dekken zijn voorgespannen met 31-strengs kabels FeP1860 (150 mm 2 per streng); in de eerste stortfase zijn 38 kabels toegepast, in de tweede fase 28 stuks en in de overige bouwfa- sen 26 kabels. De hoogste in het dek optredende gemiddelde aanvangsvoorspandruk komt voor in het deel van stortfase 1 dat is voorzien van sparingsbuizen en bedraagt 16 MPa. Door middel van koppelankers zijn de voorspankabels tussen de fasen onderling met elkaar verbonden. Bij de bouw is rekening gehouden met het feit dat de door de bouwfasering ontstane doorbuiging van de dekken in de bekis- ting moest worden gecompenseerd. Zo wipten de overstekken van het eerst gestorte deel 60 mm op door de doorbuiging van de tussengelegen overspanningen. Ter plaatse van knooppunt De Hogt trekt kunstwerk 19 de aandacht door zich in een sierlijke boog over het gehele knooppunt uit te strekken. Een grote lengte leidt tot grote vervormingen, een belangrijk aandachtspunt in het ontwerp. 1 ing. Peter Scholten Movares 54_58_10_KW19 55 02-03-2009 18:20:01 thema Lang, hoog en slank 2 2 0 09 56 3 6 11 14 21 4 5 12 13 7 8 109 8660 8360 stortfase 1 stortfase 2 stortfase 3 8950 8360 44000 35640 10000 8000 26 5 -22 -44 0 0 0 0 -20 -38 -14 -14 -14 -13 -13 -13 25 4 stortfase 4 8320 3505021500 -7 -6 -6 -6 -6 -6 -7 -7 11 30 stortfase 5 9250 3148027300 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -2 -2 -2 -2 13 33 stortfase 6 36750 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0 20 37 4 -16 -43 -64 -40 -58 -516 92813 33 20 37 34350 46000 39800 39800 39800 44000 44000 44000 44000 54450 46000 46000 38300 totaal rubber oplegblokken glijd oplegblokken verplaatsingscentrum Effecten die na het gereedkomen van het dek in rekening zijn gebracht ? Jaarlijkse temperatuurdaling en -stijging: 25 °. Dit leidt tot een verplaatsing van het dek ter plaatse van de landhoofden van circa 70 mm. Horizontale verplaatsingen Het dek is opgelegd op gewapende rubber oplegblokken. Door de fasering is de maximale horizontale verplaatsing ten gevolge van de maatgevende combinatie ter plaatse van de oplegblok- ken kleiner dan wanneer het dek in één keer zou zijn gestort. Bij de landhoofden is de maximale verplaatsing circa 260 mm, bij in één keer storten zou dit circa 350 mm zijn. Omdat deze verplaatsing tot zeer hoge oplegblokken en grote horizontale belastingen op de onderbouw zou leiden, zijn de opleggingen van de landhoofden en de vier buitenste steun- punten (vanaf het midden van het dek beschouwd, dus de assen 1, 2, 3, 12, 13 en 14) uitgevoerd als glijdopleggingen met een maximale afmeting van 900 x 700 mm 2 en een maximale hoogte van 231 mm. Bij de overige steunpunten is het dek opgelegd op normale blokken, waarvan de grootste 1000 x 1000 mm 2 meten. Voor deze blokken geldt dat ter plaatse van de buitenste assen waar deze zijn toegepast (vanaf het midden van het dek beschouwd dus de assen 4 en 11) de horizontale verplaatsing in langsrichting het grootst is; daarom zijn deze blokken het hoogst: 309 mm. Verplaatsingen loodrecht op lengteas De elastische verkorting en de kruip ten gevolge van de voor- spanning treden axiaal op, dus de boogstraal van het dek verandert niet en loodrecht op de as van het dek leidt dit niet tot verplaatsingen en extra krachten door verhinderde vervor- ming. Vervormingen In het definitief ontwerp zijn de vervormingen van het dek bepaald. De volgende effecten zijn in rekening gebracht. Effecten die tijdens de bouw starten en theoretisch doorwerken tot het einde van de levensduur ? Kruip ten gevolge van de voorspanning. ? Krimp volgens VBC 6.1.6: 0,081?. Volgens de formules in de VBC is na 60 dagen 6% van deze krimp opgetreden. Bij het gereedkomen van fase 6 (laatste stort) is 24% van de krimp van fase 1 opgetreden. De krimp van eerdere fasen werkt dus door in latere fasen. Dit is ook omgekeerd het geval: krimp van latere fasen zorgt voor opgelegde verplaatsingen van eerder gestorte dekken, vergelijkbaar met hetgeen verderop bij de aanvullende krimp volgens ROBK 6.1.9 is beschreven. Effecten die vóór het gereedkomen van de erop volgende fase uitgewerkt zijn ? Elastische verkorting ten gevolge van de voorspanning. ? Verkorting van het dek door het dalen van de betontempera- tuur aan het einde van het hydratatieproces: gerekend wordt met een temperatuurdaling van 25 °, dus een relatieve verkor- ting van 0,25?. ? Aanvullende krimp volgens ROBK 6.1.9 (bij betonsterkte- klassen hoger dan C28/35) [1]: 0,24?. Deze krimp is dus drie keer zo hoog als de VBC-krimp, maar is veel eerder uitgewerkt: volgens de formules in de ROBK is na 60 dagen 97% van deze krimp opgetreden. In de berekening is ervan uitgegaan dat deze krimp niet doorwerkt in latere fasen. Wel werkt de krimp van latere fasen door in de opgelegde verplaatsingen van eerdere fasen. In figuur 2 is te zien dat bijvoorbeeld de stijfheid van de steunpunten 7 en 8 ervoor zorgt dat de krimpende stortfase 3 het eerder gestorte dekdeel circa 14 mm 'naar zich toe trekt'. 2 54_58_10_KW19 56 02-03-2009 18:20:01 Lang, hoog en slank2 2 0 09 57 R0 R0= 361,675 mm L = ½ R= 568,118 mm T= -25º L= -142 mm L T= 567,976 mm R T= L T/½= 361,585 mm R= -90 mm y= R T +R2 - R 0= 37 mm R = 90 mm R2 = 127 mm R T y= 37 mm 2 Verplaatsingen in langsrichting door ROBK- krimp en afkoeling na hydratatie 3 Verplaatsing dek in dwarsrichting door tem- peratuurdaling van 25 ° 4 Doorsnede dek met sparingsbuizen Steunpuntsmomenten Omdat de bekisting zal doorbuigen onder invloed van het gewicht van het bovenste stort, zal een deel van dit gewicht worden gedragen door het onderste stort. Wanneer ermee gere- kend wordt dat dit onderste stort de belasting uit de tweede laag moet kunnen opnemen, zouden er ter plaatse van de bekistingsondersteuningen grote steunpuntsmomenten ontstaan, die door een vloer van deze dikte niet kunnen worden opgenomen. Daarom is gerekend met het optreden van plastische scharnieren bij deze steunpunten. De eerst gestorte laag gedraagt zich dan als een serie statisch bepaalde liggers die de vervorming van de bekisting kunnen volgen. Doordat de bekisting veel stijver is dan het onderste stort en dus het grootste gedeelte van de belasting door de bekisting wordt opgenomen, blijft het veldmoment in het onderste stort beperkt en kan deze door de normaal aanwezige wapening worden opgenomen. Na het verharden van het tweede stort en het aanbrengen van de voorspanning gedraagt het dek zich als één geheel en zijn de plastische scharnieren weer verdwenen. De krimp en temperatuurinvloeden leiden, naast axiale verplaatsingen, wel tot een wijziging van de boogstraal van het dek en dus tot verplaatsingen en krachten loodrecht op de as. In figuur 3 is te zien dat de verplaatsing loodrecht op de as door het belastinggeval 'temperatuurdaling van 25 ° ' bij een vrije vervorming in totaal 37 mm zou bedragen. Door de aanwezigheid van een zijdelingse opsluiting bij de landhoofden en de stijfheid van de oplegblokken op de tussensteunpunten, wordt de beweging wel (gedeeltelijk) verhinderd. Daar komt bij dat het dek in deze richting relatief slap is, en als gevolg van dit alles treedt uiteindelijk maar een fractie van de vrije vervor- ming op. De maximaal optredende horizontale verplaatsing loodrecht op het dek ten gevolge van de combinatie van alle invloeden is 15 mm. Ook de axiale verplaatsingen van de uiteinden van het dek worden door deze invloeden beperkt: de in figuur 3 theoretisch bepaalde dekvervorming van 90 mm leidt uiteindelijk tot de eerder genoemde verplaatsing van 70 mm. Sparingsbuizen Om de hoeveelheid te storten beton en het gewicht van de bovenbouw te beperken zijn in vijf van de dertien overspannin- gen sparingsbuizen toegepast (per overspanning zes stuks Ø950 mm, zie fig. 4). Deze sparingsbuizen, uitgevoerd in EPS, nemen circa een kwart van de dekdoorsnede in beslag en de gewichtsbesparing is navenant. Om het storten, vlechten, stellen en bevestigen van de sparingsbuizen te vereenvoudigen is ervoor gekozen het dekdeel dat zich onder deze buizen bevindt, eerst te storten. Na verharding werden de sparingsbui- zen hierop gesteld en bevestigd, de wapening gevlochten en de rest van het dek gestort. Ten opzichte van het in één keer storten van het dek treden hierdoor verschillende effecten op. 3 4 2240 10630 2240 15110 940 1750 1750 1750 1750 1750 940 1300 650 350 350 7555 7555 9230 5880 1675 1145 1145 12820 230 915 915 230 sparingsbuis Ø950 as kunstwerk as MPBZ 200 È20-200+È20-200 È16-200 È16-200 È16-200+È16-200 È16-200+È16-200 bgls. È16-200 hrsp. È16-200 hrsp. È16-200 È20-100 mvl È20-100 mvl hrsp. È16-200 tussen alle sparingsbuizen hrsp. È16-200 hrsp. È16-200 È20-200 È20-200 È16-200 È16-200 54_58_10_KW19 57 02-03-2009 18:20:02 Lang, hoog en slank 2 2 0 09 58 thema ? Literatuur 1 Richtlijnen voor het ontwerpen van betonnen kunstwerken (ROBK), versie 5. Bouwdienst Rijkswaterstaat. 5 Steunpunt 9 in aanbouw, november 2007 verkortingsverschil tussen boven en onder. Het onderste stort belemmert het bovenste in zijn verkorting, waardoor spannin- gen ontstaan: in het onderste stort druk- en in het bovenste trekspanningen. Dit leidt tot scheuren aan de onderzijde van het bovenste stort. Doordat het bovenste stort over het gehele oppervlak verbonden is met het onderste, zijn deze scheuren fijn verdeeld en is de wijdte hiervan dus beperkt. Extra voorzie- ningen bleken niet nodig te zijn. Y-pijlers Net als bij de overige fly-overs zijn de tussensteunpunten van kunstwerk 19 uitgevoerd in een Y-vorm. De beide poten van de 'Y' zijn gekoppeld door een dwarsbalk (foto 5). In deze dwars- balk ontstaat door de scheefstand van de poten van de 'Y' een zodanige trekkracht dat hierin voorspanning moest worden toegepast, in dit geval veertien kabels van 7 strengen Ø15,7 mm. De dwarsbalk is op de bouwplaats in een aparte bekisting gestort en na verharden op zijn plaats gehesen. De rest van het steunpunt is ter plaatse gestort, waarna de balk werd voorge- spannen. De pijler is uitgevoerd in sterkteklasse C35/45, de breedte is 4,5 m en de dikte 1,75 m. De hoogste pijlers zijn circa 16,5 m hoog, zodat de horizontale verplaatsingen van het dek en ook de horizontale krachten vanuit het dek tot grote momenten onderin leiden. De bij de bepaling van de wapening in rekening te brengen momenten worden ? door de extra in rekening te brengen excentriciteiten ten gevolge van het tweede-orde-effect en de toeslag uit de doorsnedetoets (VBC 8.1.1) ? nog eens verhoogd met circa 50%. Dit resulteert in een wapening van twee lagen Ø32 onderin de kolommen. Voortgang van het werk In juli 2007 is begonnen met het heien van de eerste palen. Het storten van het eerste dekdeel (op 12 maart 2008) omvatte circa 2800 m 3 beton en nam 22 uur in beslag. Het laatste dekdeel is gestort in december 2008. Naar verwachting zal in mei 2009 de afbouw van kunstwerk 19 gereed zijn. ? Aanhechting De aanhechting in het (onbehandelde) stortvlak is lager dan wanneer er in één keer wordt gestort, waardoor de schuifcapa- citeit van het dek in dit vlak afneemt (zie VBC 8.2.5). Deze afname bleek echter niet zo groot te zijn dat er extra afschuif(beugel)wapening zou moeten worden toegepast. Verhinderde vervorming Er ontstaat een extra schuifspanning in het stortvlak en extra normaalspanningen in beide storten ten gevolge van de verhin- derde vervorming van het bovenste stort, door krimp en ther- mische effecten ten gevolge van de hydratatiewarmte. In het geval van krimp is alleen de aanvullende krimp uit de ROBK van belang. Voor de reguliere (VBC-)krimp geldt dat door het grote verschil in dikte van onderste en bovenste stort, het onderste stort na gereedkomen van het dek theoretisch zelfs meer krimpt dan het bovenste stort (hoe kleiner de fictieve dikte, des te groter de factor k h en daarmee de krimp). Het verschil is echter zo klein dat de reguliere krimp niet in reke- ning is gebracht. Doordat het bovenste stort tijdens het verhardingsproces opwarmt en daarna weer afkoelt naar de omgevingstempera- tuur en dit stort bovendien nog zal krimpen terwijl deze effec- ten in het onderste stort al zijn opgetreden, ontstaat er een 5 54_58_10_KW19 58 02-03-2009 18:20:04