ir. A. . . VAN DIEMEN DE JEL, hoofdingenieur Provinciale Waterstaat in Overijssel U.D.C. 624.21.012.46voorgespannen betonbru?Varsenerbrug over de Vecht in OverijsselInleidingWegen kruisen wegen, wegen kruisen wateren.In casu: de weg die langs de westzijde van Ommen werd ontworpenen op 8 april ?I. in gebruik is genomen --een gedeelte van de plan-weg Deventer - Raalte - Ommen - Drentse grens (Hoogeveen)-- kruist,op circa 2 km ten westen van Ommen, de Overijsselsche Vecht(fig. 1). Wie ?ets meer van deze noord-zuid verbinding en van hetaansluitende Drentse wegennet wil weten, sla het tijdschrift 'Wegen'van mei 1964 op; het betreffende nummer is grotendeels aan dezenoord-zuid verbinding in Overijssel en Drenthe gewijd.Hoe het ontwerp van de brug die de kruising moest realiseren, er uitzou zien, werd uiteraard voor een groot deel door de eisen van deweg en van het water bepaald.Wat de wegeisen betreft: op ongeveer 450 m ten zuiden van deVecht moest een aansluiting met een plaatselijke weg worden ver-kregen, waardoor de hoofdweg ter plaatse niet op een hoger niveaudan 7,76 m + N.A.P. zou kunnen worden gebracht. Men wilde nu hetaansluitende deel van de hoofdweg met het oog op de overzichts-lengte zo vlak mogelijk houden. Het hoogste punt van de kruisingvan deze weg met de Vecht mocht daarom niet meer dan ongeveer0,50 m hoger dan de genoemde aansluiting met de plaatselijke wegliggen. Dit hoogste punt werd zo op 8,25 m + N.A.P. vastgesteld.men. Voortgaande cultivering van de bovenstroomse gronden zullendeze getallen nog omhoog brengen.De commerci?le scheepvaart op de Vecht beperkt zich tot enkelescheepjes die materialen voor het onderhoud van de Vecht aan- olafvoeren. Er is eveneens slechts geringe pleziervaart op de VechtDe eisen van de Rijkswaterstaat als beheerder van de Vecht, warennavenant: doorstroomwijdte ten minste 210 m, onderkant brugdek terminste op 5,40 m + N.A.P., midden boven de Vecht over ca. 15 rrlengte ten minste op 7,40 m + N.A.P. (voor de pleziervaart); tenslotte het aantal pijlers zo gering mogelijk.In figuur 2 zijn bovenstaande eisen visueel vertaald. 'De brug zit er al'm' zou men zeggen; zet er een aantal pijlers onder en hij is klaar.OntwerpZo is het niet helemaal gegaan, maar we zijn ten slotte toch wel inzee gegaan met een ontwerp dat de figuur tamelijk dicht benadert(fig. 3 en 5).U ziet: een brugdek AD, met een inhangdeel boven de Vecht, en eenafzonderlijk brugdek DE. Het is niet d? oplossing, het is er echterwel ??n die enkele kleine voordelen heeft: in langsrichting is de brugstatisch bepaald en de voorspankabels kunnen minder lang zijn. Bijde verdere detaillering zouden wij ons niet altijd even gelukkig meiDe weg die over de brug zou worden gevoerd, kreeg een verhardingvan 7,30 m breedte en bermen van 2 5,00 m. Alvorens de eisen diede Vecht aan de kruising stelde te formuleren, iets over deze rivier.De Vecht is van Duitse oorsprong. Als ze door Ommen stroomt heeftze een stroomgebied van 280 000 ha achter zich liggen. Des zomersis er normaal weinig of geen afvoer; de waterstand is dan2,50 m + N.A.P. (stuwpeil). Het zomerbed is ongeveer 45 m breed.In de winter kan het peil tot ongeveer 5,00 m + N.A.P. oplopen; deuiterwaarden staan dan over een breedte van 400 ? 600 m blank ende rivier voert dan ongeveer 440 m3water per seconde langs Om-de gekozen oplossing voelen (tandconstructie bij inhangdeel).De breedte van de brug, gemeten van vangrail tot vangrail, werd op11 m vastgesteld; aan elke kant van de verharding met de aanslui-tende weg werd op de brug dus een vreesstrook van 2 m gegeven.De delen AB en DC zouden uit constructieve overwegingen respec-tievelijk naar A en D in hoogte verminderd kunnen worden. Dat heb-ben wij niet gedaan omdat het zij-aanzicht van de gehele brug naaronze mening daardoor te onrustig zou worden.Uiteraard is het brugdek van een dergelijke overspanning niet mas-sief; dat zou enorm veel voorspanstaal vergen.f/g. 2. eisenschema voor ontwerpfig. 3. aanzicht296 Cement XVII (1965) Nr. 5fofo 4. 'het water is alweer flink gezakt' foto: Prov. Waterstaat OverijsselEnkele overwegingen die tot dit bepaalde, holle profiel hebben ge-leid, zijn: een kokerprofiel, omdat dit in vergelijking met een balk-profiel zeer torsiestijf is; wandjes die vanwege het gewichtsaandeelbij deze grotere hoogte zo dun mogelijk en zo gering mogelijk inaantal zijn en overigens aangepast aan de berging van de voorspan-kabels; een bovenplaat die de plaatselijke momenten van de ver-keerslasten kan opnemen; een onderplaat die om esthetische redenten opzichte van bovenplaat is teruggehouden, met een dikte (behou-dens bij de opleggingen) die wij als een minimum beschouwen vooreen plaat waardoor een honderdtons kabel moet worden gevoerd.Koppelbalken zijn niet toegepast omdat deze ons voor dit stijve pro-fiel zinloos leken.Het gehele brugdek, ook het inhangdeel, is in langsrichting voorge-spannen volgens het systeem Freyssinet met honderdtons kabels inomhullingen (kabels van 12 strengen ? ?", elke streng van 7 draden4,1/4,2 mm, kwaliteit QP 190). Er valt lang over de voor- en nadelenvan de verschillende voorspansystemen te praten, maar hier kan wor-den volstaan met te stellen dat het systeem Freyssinet voor dit brug-dek zeer goed zou kunnen worden toegepast.In dwarsrichting is het brugdek niet voorgespannen. We hebben nognagegaan of het dwars-voorspannen van de bovenplaat aantrekkelijkzou zijn, onder meer voor het opnemen van de spanningen die demomenten van de verkeersbelasting in dwarsrichting van de plaatzouden geven. Daarbij zagen wij vervelende dingen gebeuren overdi? gedeelten (en dat waren er heel wat) waar de langskabels meteen flauwe helling uit de wanden in de bovenplaat overgaan. Daarzouden meerdere dwarskabels 'hun neus' stoten. Als de voordelenvan de dwarsvoorspanning groot genoeg zouden zijn geweest, zou-den we dit probleempje mogelijk wel hebben opgelost. Maar hettegendeel was waar. Om de kabels van de dwars- en langsvoorspan-ning tezamen in de bovenplaat te kunnen brengen zou de plaat dik-ker moeten worden dan overigens noodzakelijk en gewenst was. Ver-der zou de verandering van de kabels een zwaardere brugrand ver-gen.fig'. 5. doorsneden enbovenaanzichtCement XVII (1965) Nr. 5 297Het spannen van (het grote aantal) dwarskabels leek ook niet aan-trekkelijk.En wat de onderplaat betreft: behalve dat hier slechts geringe span-ningen ten gevolge van dwarsmomenten optreden, maakten de lang-werpige sparingen aan de onderzijde van het brugdek (waaroverstraks meer), ten behoeve van de verankeringen van de langsvoor-spanning, een dwarsvoorspanning allerminst verkieslijk.Ten slotte zou ter plaatse van de overgang van de wanden in deboven-, respectievelijk onderplaat een wapening ten behoeve van deovergangsmomenten toch niet graag worden gemist.Alles bij elkaar genomen: dwarsvoorspanning? Misschien bij een an-dere gelegenheid, maar hier niet.Met de beschreven langsvoorspanning kunnen de langsmomenten zo-danig worden opgenomen dat in geen enkel stadium trekspanningenzullen optreden dan wel drukspanningen, groter dan 120 kgf/cm2.foto 7. kopeinde van het inhangdeelfoto 6. inhangdeel gereed voor montageEr moesten heel wat kabels onderweg worden be?indigd. We heb-ben overwogen deze kabels 'm het holle brugdek te verankeren. Ditzou tamelijk moeilijk storten van de inwendige verzwaringen voor deverankeringen meebrengen. Enkele narigheden die men kort tevorenelders met het verankeren van honderdtons kabels had gehad, dedenons besluiten in elk geval het risico, dat de kwaliteit van het betonbij deze moeilijk te storten verzwaringen minder goed zou zijn, teontgaan.De kabelbe?indigingen zijn daarom aan de onderkant van het brug-dek geprojecteerd. Op foto 6 is daar ?ets van te zien.We wisten dat de gekozen oplossing ook zijn bezwaren zou geven,namelijk bij het vullen van de tamelijk lange sparingen aan de onder-kant van het brugdek (de grootsten zijn 1,60 m lang, 0,45 m breed en0,32 m diep).Intussen hebben we bij de nabij gelegen Arendshorstbrug wel kabelsin het holle brugdek verankerd en gespannen. De betonkwaliteit vande verzwaringen liet daarbij niets te wensen over en het in het in-wendige van de brug spannen en verankeren van de kabels gaf geenenkele moeilijkheid.In figuur 5 ziet u dat de onderplaat ter plaatse van de opleggingenis verdikt. Voorzover het de opleggingen en betreft is dit nor-maal. Het is een aanpassing van het weerstandsmoment aan de op-tredende momenten. Het lijkt overeen te komen met de vergrotingvan de constructiehoogte van een traditioneel gewapend-betondekter plaatse van de tussensteunpunten. Veel wezenlijke samenhang heefthet hiermee evenwel niet. De wenselijkheid van verdikking treedt hetsterkst op bij die holle betonconstructies waarbij het eigen gewichts-moment groot is ten opzichte van dat van de variabele belasting.Het voert te ver hierover meer in detail te treden.Bij de overige opleggingen A, D en E is de onderplaat uitsluitendverdikt om de verankeringen van de kabels die in de onderplaat lo-pen, te kunnen bergen.De schuine trekspanningen ten gevolge van dwarskracht, vormen bijvoorgespannen holle brugdekconstructies een hoofdstuk apart. Bij deholle, niet voorgespannen brugdekconstructie is het vermogen omdwarskracht op te nemen gering ten opzichte van het vermogen ommomenten op te nemen. Bij de voorgespannen brugdekconstructie zijnevenwel enkele gunstige factoren aanwezig.Om bij dit ontwerp te blijven:7. de ontbondene loodrecht op de neutrale lijn van de voorspan-kracht bij de opleggingen vermindert de dwarskracht die de be-tondoorsnede moet opnemen;2. de horizontale ontbondene van de voorspankracht bij de opleg-gingen vermindert middels de horizontale drukspanningen in helbeton, de grootte van de schuine trekspanningen;3. een verdikking van de onderplaat bij de opleggingen doet de neu-trale lijn naar beneden hellen en veroorzaakt een versterking vanhet onder ?. genoemde effect;4. de verticale ontbondene van de drukkracht in de hellende onder-flens van Brechts en C|?nks vermindert de dwarskracht (dit is geenspecifieke eigenschap van de voorgespannen constructie). Dillaatste is niet geheel juist uitgedrukt. In het artikel 'Brug over dezijtak van de Beukersgracht' in Cement XIII (1961) Nr. 9, is deze fac-tor meer exact uitgewerkt;5. waar dit nog nodig was, zijn de wanden verdikt (hierdoor zou eerniet voorgespannen constructie evenzeer worden be?nvloed).Met zoveel gunstige factoren, die grotendeels min of meer uit deeigen aard van de constructie voortkwamen, krijgt men de schuinetrekspanningen wel onder de knie. Om mogelijk parti?le scheurvor-mingen door deze spannnigen te lokaliseren, is toch nog een royalebebeugeling van Torstaai aangebracht.Het ?nhangdeel vraagt extra aandacht. De oplegging van dit deel opde beide kraagarmen van AB en DC noopt tot een tandconstructieDe overdracht van de verticale krachten tussen de tanden van heiinhangdeel en van de kraagarmen vindt plaats door middel van dunneI.V.-rubberopleggingen.Figuur 8 toont dat de dikte van de halve tand maar erg zuinigjes is(36 cm). De breedte van de tand is gelijk aan die van de onderplaatAls men bedenkt dat de maximale dwarskracht bij kortere overspan-ningen relatief groot is ten opzichte van het maximale moment, darzijn hier, waar de doorsnede bij de opleggingen gehalveerd is, groteschuifspanningen te verwachten en juist hier laat ons de prettige wer-king van de voorspanning in de steek: in de halve tanddikte eindigernamelijk slechts 6 voorspankabels die bovendien, in verband met denoodzakelijke verankeringslengte, in die punten waar de grote schuifspanningen optreden, nog niet erg actief zijn.De oplossing is hierin gevonden dat het aantal rubberopleggingergroot werd genomen (17 stuks, spreiding van de schuifspanning) ereen groot aantal lichte voorspaneenheden (15 stuks van 65 ton elkmet zo kort mogelijke verankeringselementen, die bovendien intrek?kingsvrij waren, in de halve tand werden aangebracht.Deze extra voorspaneenheden (systeem P.S.C, met ??nstrengsverankeringen) werden slechts over enkele meters lengte, rondlopend, irhet dek gevoerd. Zo kon een aanvaardbare resulterende schuinetrekspanning van 4,5 kgf/cm2worden verwezenlijkt.Het toepassen van de extra voorspaneenheden (zowel in het inhangdeel als in de kraagarmen), die slechts aan ??n zijde zouden kunnerworden gespannen, hield in dat nu al vast stond dat het inhangdee298 Cement XVII (1965) Nr. 5verhoogd (dat was ten minste het meest praktisch) zou moeten wor-den klaargemaakt en na gereedkomen van de aansluitende brugde-len AB en DC zou moeten worden afgevijzeld.OpleggingenHet brugdek is geheel op I.V.-rubberopleggingen opgelegd. De maxi-maal toegelaten verticale druk op deze opleggingen bedraagt circa100 kgf/cm2. Dit bepaalt de horizontale afmetingen. De diktewordt proberenderwijs bepaald. Het voert te ver de berekening ervan te geven. Van belang is daarbij vooral welke horizontale krachtmen bij voorbeeld op het landhoofd of een pijler nog wenst toe telaten. De stijfheidsverhoudingen van de verschillende opleggingenbe?nvloeden de grootte van deze kracht. Vanzelfsprekend wordt degrootte van de krachten ook door (ongewenste) dwangbewegingenvan de onderbouw be?nvloed. Overigens waren de stijfheidsverhou-dingen hier zodanig dat bij temperatuurswisselingen het nulpunt vande beweging van het brugdek ongeveer boven de pijlers en ligt.De afmetingen van de rubberopleggingen voor de steunpuntentot en met E zijn als volgt:A en D links, elk twee opleggingen van 606 mm ? 506 mm ? 126 mm(6 plaats, rubberdikte totaal 99 mm); en C, elk twee opleggingen van1006 mm ? 1000 mm ? 66 mm (3 plaats, rubberdikte totaal 48 mm);D rechts en E, elk twee opleggingen van 806 mm ? 506 mm ? 66 mm(3 plaats, rubberdikte totaal 48 mm); ?nhangdeel, aan elke kant 17 op-leggingen van 206 mm ? 156 mm ? 30 mm (2 plaats, rubberdikte totaal20 mm).FunderingDe grondslag bestaat tot ver onder de funderingsdiepte uit zand metenkele zeer dunne leemlaagjes. Fundering op staal werd verworpen,omdat uitspoeling te vrezen zou zijn. Dit gevaar zou door afheiingwel te bezweren zijn geweest, maar waarschijnlijk was de funderingin zijn geheel duurder geworden dan de toegepaste paalfunderingdie hier op een uiterst makkelijke manier te verwezenlijken was.De punt van de funderingspalen werd op een diepte die varieert van3,90 m --N.A.P. tot 8,00 m --N.A.P. geprojecteerd. De palen, met eenschacht van 32 cm ? 32 cm en een verzwaarde voet van 45 cm X 45cm, zouden hierdoor een lengte van 8,50 m tot 11,50 m krijgen. Demaximale paalbelasting werd op 80 tf aangenomen. De diepsonde-ring gaf op de betreffende diepten een conuswaarde van omstreeks160 kgf/cm2.Het brugdek rust middels de pijlers en landhoofden op de palen.De pijlers bestaan uit een pijlerblok.met 2 pylonen, de landhoofdenuit een deel waarop het brugdek rust en een vloer met zijdelingsgrondkerende wanden. Deze vloer is in de eerste plaats bedoeld alsconstructieve verbinding van de dwarsoverstekken.Bij de gegeven paalblasting, conuswaarde en grondgesteldheid totop grote diepte (en bij de uitvoering: geregistreerde kalender) leekhet ons niet nodig een 'berekende schatting' van de zakking van delandhoofden en pijlers te maken.UitvoeringZowel de bouw van de onderbouw als die van de bovenbouw werdonderhands aan de firma K. H u i s m a n te Dedemsvaart opgedra-gen. De bouw was daarmee in ervaren handen gelegd.V??r het bestek van de onderbouw werd aanbesteed zijn vijf proef-palen geslagen. Aan de hand van de resultaten van de prpefheiing,die een weinig anders waren dan de diepsonderingen deden ver-wachten, zijn de uiteindelijke diepten van de paalpunten vastgesteld.De palen zijn met een diesel-explosieblok, Delmag-D 22 (vrijvallendgewicht 2200 kg, arbeid per slag 5500 kgm) geheid.Het beton voor de gehele brug, met uitzondering van enkele bij-zondere delen, bevatte per m3beton 375 kg hoogovencement, klasseA en had een normale grind-zandgradering. Het beton werd van eenbetonmortelcentrale betrokken. Het lijkt er wel op of daarmee eenoffer van de druksterkte is gevraagd. De vereiste kubussterkte na 28dagen van 450 kgf/cm2werd als regel niet helemaal gehaald.De pijlers en pylonen en het onderste gedeelte van de landhoofdenwerden gestort. Voor de pylonen die conisch zijn, werd een stalen be-kisting gebruikt. Binnen het raam van het bestek van de bovenbouwwerd het steigerwerk voor het brugdek opgetrokken. In de uiterwaar-den werd het gesteund op betonsloven die, even verdiept, op de grond-slag waren gestort; boven de Vecht bestond het steigerwerk uit in-geheide houten palen.Uit het voorgaande hebt u al begrepen dat de tanden hef nog al voorhun kiezen zouden krijgen. Daarom hebben we afzonderlijk massievetandstukken gestort. Storten en verdichten konden nu met groterezorg worden uitgevoerd en er kon in verband met het dichte net vanwapening, kabels en strengen, een wat fijner grindsoort worden toe-gepast.De laag gelegen tandstukken van de kraagarmen werden het eerstgestort. De ondersteuningshulpconstructie onder deze tandstukkenwas verzwaard, omdat, zoals u straks zult zien, het volledige gewichtvan het inhangdeel er een poosje op zou moeten rusten.Na verharding van de tandstukken van de kraagarmen werd de be-kisting van het middeldeel op het steigerwerk, dat in de Vecht wasgeheid, klaar gemaakt. De ondersteuning van deze bekisting liep overde tandstukken van de kraagarmen door.Cement XVII (1965) Nr. 5299fofo 9. afvijzelen van inhangdeelDe tandstukken van het inhangdeel werden nu gestort; daarna derest van het inhangdeel, in volgorde: onderplaat met buitenwandjes,bovenplaat met de overige wandjes. We hebben tot nu toe met hetstorten van holle brugdekken ervaren dat bij gebruik van cement,klasse A en een gepaste krimpwapening de vloer, wand en dek on-gestraft in fasen kunnen worden gestort.Na verharding werden eerst de schuifspanningskabels', daarna denormale voorspankabels van het inhangdeel gespannen. Door de ver-vorming van het inhangdeel tijdens het spannen van de normalevoorspankabels werd het gewicht ervan, dat v??rdien nog gelijkma-tig verdeeld op het steigerwerk steunde, naar de einden van het in-hangdeel, op de tandstukken en middels deze op de tandstukken vande kraagarmen en ten slotte op de verzwaarde ondersteuningsconstruc-tie overgebracht. Het steigerwerk in de Vecht onder het inhangdeelkon nu worden weggenomen. Het inhangdeel lag nog steeds op hetverhoogde peil. Vervolgens werden de kraagarmen met de delen ABen DC gestort. Na verharding werden ook hier eerst de 'schuifspan-ningskabels' gespannen.Om nu de delen AB en DC met kraagarmen voor te spannen zoudende kabelbe?indigingen aan de onderzijde van het brugdek vrij moe-ten worden gemaakt. Daarvoor zou de ondersteuningsconstructievoor een deel moeten worden afgebroken. Overdreven gesteld: ditmocht niet, want daarvoor moest het brugdek eerst voorgespannenzijn. Een vicieuze cirkel. In elk geval zou het niet gemakkelijk zijn deondersteuningsconstructie plaatselijk te verwijderen.Een gelukkige, niet geheel toevallige, omstandigheid was dat in dekopeinden van de kraagarmen (tussen de tandstukken) een zodanigaantal (25 stuks) kabels met een zodanig verloop eindigden, dat dezebij het spannen ervan de delen AB en DC met kraagarmen dusdanigzouden vervormen en onder spanning brengen dat enerzijds de voor-kanten van de kraagarmen zoveel zouden gaan rijzen, dat zij het ge-wicht van het inhangdeel dragen en dat er anderzijds in geen enkelstadium ontoelaatbare spanningen in de kraagarmen en de delen ABen DC zouden ontstaan; ook niet als de gehele ondersteuningscon-structie zou worden verwijderd.Door deze kabels in feite te spannen, konden de kraagarmen en dedelen AB en DC worden ontkist. Nu konden de kabels die aan deonderzijde van de brug eindigden eenvoudig worden gespannen.Ten slotte werd het inhangdeel afgevijzeld, waarbij het tegelijk moestworden gericht. Het was bij het afvijzelen niet mogelijk vijzels tussende tanden te plaatsen. Het afvijzelen moest daarom van boven, metgebruikmaking van door het inhangdeel gaande zware staven, ge-beuren. De rubber oplegkussens, die een weinig in het aanhangdeelwaren ?ngebetonneerd, drukten daarbij in een kort voor het afvijzelenaangebrachte slappe-specielaag, waaraan voor eventuele tegenval-lers, die het afvijzelen en richten zouden vertragen, een vertragerwas toegevoegd waarvan de vertragingstijd proefondervindelijk wasvastgesteld.De specielaag was van te voren zo aangebracht en afgewerkt, datbij het op de juiste hoogte komen van het inhangdeel geen belang-rijke hoeveelheid specie zou worden weggeperst. Dit zou later bijvoorbeeld horizontale verplaatsing van de brugdelen ten opzichtevan elkaar in de weg kunnen staan.Deel DE is afzonderlijk en het laatst gereed gemaakt. Het is een inlangsrichting statisch bepaalde constructie. Wilden wij ons 'principe'handhaven dat de voorspankabels na het storten van het beton aanbeide uiteinden bereikbaar moeten zijn (in verband met bij voorbeeldvervanging bij kabelbreuk of het lostrekken van een betonprop di>zich in de kabelomhulling zou hebben gevormd) dan zou deel D:ook op een verhoogd peil klaar gemaakt moeten worden. Het wandan verstandig geweest bij pijler D en landhoofd E voorzieningeivoor het plaatsen van zware vijzels mede te betonneren. Dat haddeiwe niet gedaan. We hebben deel DE daarom op de blijvende hoogtigestort en aan de kabelomhulling en de wijze van storten extra aandacht gegeven, waardoor moeilijkheden hopelijk zouden worden voorkomen. In feite zijn er geen onaangenaamheden die met dit eenzijdige verankeren verband konden houden, opgetreden.De blinde verankering werd gevormd door een normale, in te betonneren conus, waarbij de zijde van de conus waar de kabel uittreed(in dit geval trad de kabel daar maar 2 cm uit )met een stalen buvan de te storten beton werd afgesloten; dit om te voorkomen debetondeeltjes het bij het spannen noodzakelijke intrekken van de pro|zouden belemmeren. V??r het plaatsen van de kabels werden dezmet een kracht van circa 20 tf in de blinde verankering geklemd. Vooraf is beproefd hoeveel de kabel na in de verankering te zijn ingeklemd, door deze verankering slipte wanneer werd getracht om d