O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 478S t o r m v l o e d k e r i n gO o s t e r s c h e l d eAls onderdeel van het Deltaplanis tussen 1980 en 1986 de Storm-vloedkering Oosterschelde gere-aliseerd in drie stroomgeulen(foto 1). Gekozen is voor eenopen waterkering, omdat eenpermanente afsluiting tussenOosterschelde en Noordzee uitmilieuoverweginggen niet wastoegestaan. De StormvloedkeringOosterschelde is een pijlerdam,bestaande uit 65 betonnen pijlersdie op de bodem van de Ooster-schelde rusten. Deze pijlers heb-ben een onderlinge afstand van45 m, tussen elke twee pijlers zijneen betonnen drempel- en boven-balkconstructie aangebracht. Hetresterende doorstroomprofiel kanmet stalen hefschuiven wordenafgesloten (fig. 2).De stalen hefschuiven zijn ter be-scherming tegen corrosie voor-zien van een verfcoating. Het aan-brengen van deze coating bleektijdens de bouw een tijdrovendebezigheid. Met name de langedroogtijd van de afzonderlijkeverflagen zorgde voor een aan-zienlijke vertraging, reden waar-om destijds is overgegaan op eensneller drogende verfcoating. In-spectieindejarennegentigleerdeechter dat deze coating niet af-doende is en dat toch corrosie isopgetreden(foto3).HetvervroegdB200-hefschuivenStormvloedkeringOosterscheldeC.K. Cheung, TU Delft, faculteit CiTG, sectie Betonconstructies/BouwdienstRijkswaterstaat, hoofdafdeling Natte Infrastructuur, OntwikkelingTechnieken (NIO)dr.ir. C. van der Veen, TU Delft, faculteit CiTG, sectie BetonconstructiesD. Ros, ing. N. Kaptijn, ing. J.P. Pover, Bouwdienst RijkswaterstaatNa de stormvloedramp van 1953 is het Deltaplan ontwikkeld, in het kaderwaarvan de Stormvloedkering Oosterschelde is gebouwd. Deze kering, eenopen waterkering met 62 stalen hefschuiven, wordt gesloten wanneer eenstormvloed wordt voorspeld. Vanwege het zeer agressieve milieu waarin dewaterkering zich bevindt, zijn de stalen hefschuiven tijdens de bouw voorzienvan een verfcoating ter bescherming tegen corrosie. Inspectie in de jarennegentig toonde echter aan dat een groot aantal van deze schuiven doorcorrosie is aangetast. De toegepaste conservering blijkt niet afdoende te zijn,waardoor de verfcoating vervroegd moet worden vervangen, hetgeen eenaanzienlijke verhoging van de onderhoudskosten tot gevolg heeft. Om dezereden is onderzoek verricht naar de mogelijkheid de stalen hefschuiven te ver-vangen door hefschuiven van B200-beton.*) Afstudeercommissie: prof.dr.ir.J.C. Walraven, dr.ir. C. van derVeen, ir. J.M.J. Spijkers, D. Ros, ing.J.P. Pover, ing. N. Kaptijn.1 | StormvloedkeringOosterschelde, gebouwd indrie stroomgeulen2 | ConstructieStormvloedkeringOosterscheldeO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i ePrefabricagecement 2002 4 79vervangen van de verfcoating leekde enige remedie. De kosten hier-voor zijn aanzienlijk, evenals dehiervoor benodigde tijd.Rijkswaterstaat heeft als beheer-der van de stormvloedkering (envan veel andere civiele kunstwer-ken)belangbijhetminimaliserenvandeintegralekostprijsvandezeobjecten. De onderhoudskostenspelen hierbij in veel gevallen eengrote rol. Vanwege de verhoogdeconserveringskosten van de hef-schuiven in de StormvloedkeringOosterschelde wordt onderzoekgedaan naar alternatieven omdeze onderhoudskosten te mini-maliseren. Het toepassen vannieuwe coatingsystemen of hetvervangen van de huidige schui-ven door nieuwe schuiven uitge-voerd in duurzame en onder-houdsvriendelijkematerialen,be-horen tot de alternatieven.N i e u w e h e f s c h u i v e nv a n B 2 0 0 - b e t o nAls afstudeerproject [1] is onder-zoek verricht naar de mogelijk-heid de stalen hefschuiven tevervangen door nieuwe vakwerk-schuiven, uitgevoerd in B200-beton.*) Hiervoor zijn reeds eenhaalbaarheidsstudie en een voor-ontwerp van een B200-schuifgemaakt [2]. Deze betonnen hef-schuif dient als alternatief voorvervanging van de huidige stalenschuiven om de hoge onder-houdskosten aan de waterkeringte reduceren.B200-beton is een nieuw ontwik-keld product. Naast de zeer hogesterkte heeft het constructiemate-riaal een grote dichtheid, slijt-vastheid en een goede verwerk-baarheid. Door de hoge sterkte ende grote dichtheid van dit materi-aal is het mogelijk lichte en zeerduurzame betonconstructies teontwerpen. Vanwege deze gun-stige eigenschappen is deze nieu-we betonsoort gekozen voor hetmaken van een nieuw schuifont-werp. Het streven hierbij is ondermeer het ontwerpen van eenzodanig lichte hefschuif, datdeze door het bestaande hefwerkkan worden bewogen. Het B200-schuifontwerp (fig. 4) bestaat inhoofdlijnen uit een waterkerendewand, ondersteund door eenvakwerkconstructie. De hefschuifwordt door middel van twee eind-harconstructies in de sponningenvan de pijlers opgelegd.B 2 0 0 - b e t o n n e nv a k w e r k c o n s t r u c t i eDe vakwerkconstructie van hetB200-schuifontwerp bestaat uitholle betonnen buizen, die on-derling met elkaar worden ver-bonden door vakwerkknopen.Deze geprefabriceerde construc-tie-elementen worden koud tegenelkaar gespannen. Omdat de hef-schuif waterbelastingen aan zo-wel de Noordzeezijde als aan deOosterscheldezijde moet kunnenweerstaan, moeten alle vakwerk-staven worden voorgespannen.De vraag is echter op welke ma-nier het voorspansysteem moetworden uitgevoerd en hoe de vak-werkknopendienentewordenge-realiseerd.Voor het spansysteem van hetvakwerk is gekozen voor externevoorspankabels.Dezeliggenindeholle ruimtes van de vakwerkbui-zen en worden op de knoopcon-structies van het vakwerk veran-kerd. Hierbij gaan de spankabelsdoor de knoop heen en worden zeaan de andere zijde ervan veran-kerd. Aangezien de spankabelsdoor een knoop gaan, moeten zeelkaarkruisen.Omditmogelijktemaken worden de spankabelsopgesplitst in meerdere kleinerekabels. Hierbij blijven de resul-terende spankrachten in devakwerkstaven onveranderd enworden de staven centrisch voor-gespannen (fig. 5 en 6).Vakwerkstaven die in het ver-lengde van elkaar zijn gelegen,worden gezamenlijk gespannendoor lange spankabels.Vanwege de grote duurzaamheidvan B200-beton is dit materiaaleveneens gekozen voor de vak-werkknopen. Om de krachtswer-king in de knopen te onderzoe-ken, is van de meest complexeknoop een eindige-elementen-model gemaakt. De geometrievan dit model is gerealiseerd metbehulp van het CAD-programmaSolidWorks en is vervolgens over-gebracht naar het pakket ANSYS.De knoop is opgebouwd uit vo-lume-elementen. Om dit compu-termodel eenvoudig te houden,zijn de vele sparingen voor hetspansysteemindeknoopconstruc-tie niet gemodelleerd. In plaatsvan deze sparingen is ter plekkevan de kruisingen van de span-buizen ??n holle ruimte in deknoop gecre?erd om de lokale ver-zwakking in rekening te brengen.Op de buitenkant van de knoop-constructie zijn stalen ankerpla-3 | Corrosie huidige stalenhefschuiven4 | Voorontwerp B200-betonnen hefschuif5 | Voorspansysteem vak-werkconstructie6 | Vakwerkknooppunt metspansysteemO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i ePrefabricagecement 2002 480ten aangebracht, waarop de an-kerkrachtenwordengeplaatst.Opde uiteinden van de aansluitendevakwerkstaven zijn zeer stijvehulpplaten aangebracht om derandvoorwaarden op dit knoop-model te kunnen plaatsen. Dezerandvoorwaarden bestaan uit op-gelegde vervormingen die zijnverkregen uit het schuifmodel,waarin de gehele hefschuif in gro-ve lijnen is gemodelleerd (fig. 7).O n t w e r p B 2 0 0 - h e f s c h u i fBehalve voor het vakwerk is te-vens een ontwerp gemaakt voorde eindharconstructie. De totalemassa van de betonnen hefschuif(fig. 8) is 640 ton. Dit is meer dande massa van de stalen schuif van450 ton. Met een aantal aanpas-singen in de huidige bewegings-werken kan deze zwaardereB200hefschuifzonderproblemenworden opgetrokken en neergela-ten. Destijds is namelijk bij hetontwerpen van de stalen hef-schuiven gerekend met zeer hogewaarden voor de wrijvingskrach-ten in de geleidingselemententussen schuif en sponningen vande pijlers. In werkelijkheid blijktdat deze wrijvingskrachten veelkleiner zijn dan de waarden waar-mee is gerekend. Tevens zijn debewegingswerken van de water-kering met ruime reserves ont-worpen, waardoor een beperktetoename van het schuifgewichtmogelijk is.M a t e r i a a l e i g e n s c h a p p e nB 2 0 0 - b e t o nOmdat B200-beton en de toepas-sing daarvan nieuwe ontwikke-lingen zijn, zijn niet alle relevan-te eigenschappen van het bouw-materiaal bekend. Tevens zijngeen concrete rekenregels voor-handen voor de toetsing van be-tonconstructies in B 200.Bij de toetsing van het B200-schuifontwerp op vermoeiing isgewerkt met de Eurocode reken-regels. Deze zijn gunstiger dan deVBB-regels. Het gunstige effectvan de staalvezels is daarin nogniet meegenomen. Recente proe-ven in het Stevinlaboratorium ge-ven aan dat dit effect aanzienlijkis.Tevens is het krimp- en kruipge-drag van de nieuwe betonsoortonder de loep genomen. Uit dezeanalyse blijkt dat de huidige Ne-derlandse en Europese normennietgoedtoepasbaarzijnopB200.Om het ontwerpproces toch voortte zetten zijn de bestaande nor-men vertaald naar B200, hetgeenconservatief is. Ook dit blijkt uitproeveninhetStevinlaboratorium.Voor de ontwikkeling van dezenieuwe betonsoort is het vanbelang meer onderzoek te ver-richten naar de eigenschappen ende toepassingsmogelijkheden vandit constructiemateriaal.K o s t e n v a n h e t p r o j e c tDe totale kosten die gemoeid zijnbij de productie van ??n B200-hef-schuif en het vervangen van ??nstalen hefschuif is geraamd op ge-middeld 3,7 miljoen euro. Uit dekostenvergelijking blijkt dat hetvervangen van de huidige schui-ven door B200-hefschuiven op delangere duur (na 50 jaar) finan-cieel gunstiger is dan het onder-houden van de stalen schuivenmet verfsystemen. Het conserve-ren van de huidige schuiven meteen opgespoten aluminium dek-laag of het vervangen van deschuiven door hoge sterkte betonschuiven is echter (bij het huidigeprijspeil van ZHSB) goedkoper.C o n c l u s i e sIn deze studie zijn de mogelijk-heden verkend van B200 voor eengecompliceerde constructie. Erkan worden geconcludeerd dat deB200-betonnen hefschuif voor deStormvloedkering Oosterscheldeconstructief haalbaar is. Finan-cieel gezien is het vervangen vande stalen hefschuiven door B200-schuiven op lange termijn gun-stiger dan het onderhouden vande huidige schuiven met verfsys-temen.Verschillende materiaaleigen-schappen (krimp, kruip, vermoei-ing) zijn ge?xtrapoleerd vanuit debestaandevoorschriften.Ditheefteen conservatieve benadering totgevolg. Voordat tot een groot-schalige toepassing als deze kanworden overgegaan, is het nodigmeer materiaalonderzoek te ver-richten.Ook moet eerst voldoende rele-vante ervaring worden opgedaanmet het bouwen van eenvoudigerconstructies voordat een zo'ncomplexgeheeltoteengoedeindekan worden gebracht. Allerleipraktischeaandachtspuntenmoe-ten nog nader worden onder-zocht: maattoleranties van pre-fabdelen, waterdichte afsluitingvan de buisholtes (of volschui-men?), fabricatie(on)mogelijkhe-den, enz. L i t e r a t u u r1. Cheung, C.K., DetailleringB200-hefschuiven Storm-vloedkering Oosterschelde.Afstudeerverslag TU Delft,februari 2002.2. Tol, H., B200-betonnenschuiven voor de Storm-vloedkering Oosterschelde.Afstudeerverslag TU Delft,oktober 2000.7 | Eindige-elementenmo-dellen8 | Totale ontwerp B200-betonnen hefschuif