themaBalanceren voor gevorderden320134themaBalanceren voorgevorderdenHet klinkt simpel, het maken van een bouwputmet een vloer van ongewapend onderwaterbeton(owb). De praktijk is echter niet zo eenvoudig, nietin de laatste plaats vanwege de vele disciplinesdie erbij betrokken zijn: de ontwerper, de beton-technoloog, de uitvoerder, het duikbedrijf, hetbetonpompbedrijf. De onderwaterbetonvloer isbovendien ook nog eens een van de weinigebetonconstructies die vanaf dag ??n (het momentdat de put wordt drooggepompt) maximaalwordt belast en dus qua verhardingstijd op hetkritieke pad ligt.1De praktijk van onderwaterbeton voor ontwerp, uitvoering en technologieBalanceren voor gevorderden 32013 52a2d2b 2c2e 2fgrond voorzien van bouwkuipwandenstorten onderwaterbetonontgraven bouwkuip aanbrengen trekelementenleegpompen bouwkuip betonconstructie in bouwkuipBij het bouwen van beneden het maaiveld of beter gezegdonder het grondwater gelegen constructies of constructiedelenwordt vaak gebruikgemaakt van een bouwkuip. Deze wordt aande zijkant afgesloten door een bouwkuipwand, bijvoorbeeldeen damwand, combiwand, schroefpalenwand of diepwand.Aan de onderzijde bevindt zich een onderwaterbetonvloer. Determ onderwaterbeton wordt gebruikt omdat het beton onderwater wordt gestort.De vloer moet sterk genoeg zijn om de opwaartse druk van hetwater of van het zwellen van de ondergrond te kunnenopnemen. Het verticale evenwicht wordt verzorgd door heteigen gewicht, meestal in combinatie met trekelementen die inde vloer zijn verankerd als heipalen of trekankers met eenschotelverbinding. Deze trekelementen dragen de belasting viakleef/wrijving af naar de dieper gelegen ondergrond.Voor het realiseren van de bouwkuip wordt meestal als volgtgewerkt (fig. 2):a.vervaardigen van een waterkerende, verticale bouwkuip-wand;b.ontgraven van de bouwkuip wanneer deze nog onder waterstaat;c.indien noodzakelijk aanbrengen van trekelementen (insommige gevallen worden eerst de trekelementen aan-gebracht en wordt daarna pas ontgraven);d.afdichten van de bouwkuipbodem door middel van eenonderwaterbetonvloer;e.leegpompen van de bouwkuip zonder dat het grondwaterpeilin de omgeving wordt be?nvloed;f. bouwen van de constructie (inclusief constructieve vloer) inde drooggelegde bouwkuip.ir. Jeannette Bouwmeester -van den BosBAM Infraconsult / TU Delftir. Hans Galjaard ROVolker InfraDesign1 Traditionele onderwaterbetonvloer met prefab betonpalenmetribbelsinbetonkwaliteitB25; indevloerisdeaftekeningvan de schotel tijdens het storten zichtbaar (TweedeBeneluxtunnel, Rotterdam)2 Proces maken bouwkuip met onderwaterbetonthemaBalanceren voor gevorderden320136steld dan waarop hij is ontworpen. Verklaring daarvan is dat degecombineerde vloer een veel hogere stijfheid heeft dan deconstructievloer alleen, en daardoor ook veel hogere belastin-gen kan `aantrekken'.UitvoeringQua uitvoering lijkt onderwaterbeton simpel: zonder wapeningeen vlakke vloer storten. Toch zijn er een aantal punten die deuitvoering speciaal maken.Ten eerste speelt de realisatie zich af onder water: er is nietsdirect zichtbaar of meetbaar. Voor het schoonmaken van dedamwandkassen en de trekpalen v??r het storten, zijn duikersnodig die te maken hebben met beperkt zicht onder water. Hetbeperkte zicht komt ook naar voren tijdens het storten zelf. Decontrole op het vullen van de damwandkassen en het stortfrontmet eventuele insluitingen is niet altijd zo eenvoudig als bovenwater. Het resultaat is dan ook niet gemakkelijk te controleren,maar kan wel gevolgen hebben voor de waterdichtheid en deconstructieve werking.Daarnaast leidt het werken onder water tot speciale eisen voorhet storten. Hoewel beton eenmaal aangebracht onder watergoed kan verharden, kan het storten in het water niet zomaarplaatsvinden. Zeker bij een grote afstand zal het transport c.q.het vallen van betonspecie door het water leiden tot uitspoelingBetrokkenenBij het ontwerp en de realisatie van een onderwaterbetonvloerzijn, zoals gezegd, verschillende partijen betrokken. De(geotechnisch) ontwerper is betrokken bij het ontwerp van deonderwaterbetonvloer, het dam-/diepwandontwerp en demogelijke verankering daarvan, alsmede de verankering van deonderwaterbetonvloer zelf. Voor de realisatie van het onder-waterbeton worden nog meer disciplines ingeschakeld: debetontechnoloog voor het maken van het mengselontwerp, deuitvoerder voor de logistiek, het duikbedrijf voor het stortenonder water en het betonpompbedrijf voor het aanbrengen vande betonspecie.Deze partijen hebben bovendien soms tegenstrijdige belangen.Per discipline zullen deze belangen worden beschreven.OntwerpHet uitgangspunt voor het ontwerp is in principe het op zogoedkoop mogelijke wijze realiseren van een betrouwbarebouwput. De beperking van de ontgravingsdiepte door hettoepassen van een zo dun mogelijke onderwaterbetonvloer ishierbij van groot belang. Dit leidt niet alleen tot beperking vande hoeveelheid onderwaterbeton, maar ook tot beperking vande hoeveelheid te ontgraven grond. Verder kan bij een beperkteontgravingsdiepte regelmatig worden bespaard op damwanddoor verkleining van de inheidiepte, soms in combinatie meteen lichtere damwand en/of lichter stempelraam/verankerings-constructie.De samenwerking tussen de verankeringsconstructie en dedamwand/diepwand bepaalt de dikte van de onderwaterbeton-vloer. Bedacht moet worden dat het bezwijken van de onder-waterbetonvloer leidt tot een brosse breuk: het betreft immersongewapend beton.De onderwaterbetonvloer heeft ook een aanzienlijke invloed inde daarop gestorte constructievloer. Niet alleen door de verhin-dering van de verkorting van de constructievloer waardoorhydratatie en krimpscheuren in die vloer ontstaan, maarbijvoorbeeld ook door de samenwerking tussen de twee in deweerstand tegen buiging. Dit laatste lijkt op het eerste gezichtgunstig, maar kan in de praktijk betekenen dat de constructie-vloer aan een aanzienlijk hogere trekbelasting wordt blootge-Balanceren voor gevorderden 32013 733 Bouwkuipgereedvoorhetstortenvanonderwaterbetontussenhetdefinitievestempelraamendeonderwateraanwezigetrekpalen(A4Burgerveen-Leiden)gen en palen de betonspecie vaak over enkele meters moetuitvloeien. Het uiteindelijke resultaat is een vlakke vloer als detolerantie +/- 75 mm bedraagt.Een ander punt is, dat het bij onderwaterbeton door de afme-tingen vaak om veel m3gaat. De onderwaterbetonstortenkunnen tot wel duizenden m3bedragen. Hoewel de stortsnel-heid vaak hoog ligt van 70 tot 200 m3/uur, zal door de grotehoeveelheid de stortduur toch nog aanzienlijk zijn (24 tot96 uur komt met regelmaat voor). Het is daarbij ook een conti-nustort: eenmaal begonnen, moet het storten doorgaan.Onderbrekingen kunnen leiden tot problemen met de water-dichtheid van de bouwput. Dit speelt bijvoorbeeld bij deaanwezigheid van een stempelraam: het opnieuw opstarten aande andere zijde van het stempelraam is een onderbreking vanhet continue proces en kan bij onvoldoende aandacht enonzorgvuldigheid leiden tot een zwakke zone.Als laatste punt bij de uitvoering het feit dat onderwaterbetonvaak op het kritieke pad ligt in een project. Vooral de tijdtussen het storten en het moment waarop de sterkte voldoendeis om het afpompen te starten, is `verloren' tijd: zolang hetonderwaterbeton niet op sterkte is en de bouwput leeggepomptkan worden, is het niet mogelijk op die locatie te bouwen.Tot slot een overweging. Onderwaterbeton laat geen fouten toe:door de locatie onder water is het vrijwel onmogelijk fouten teherstellen en is slopen van beton onder water niet eenvoudig.TechnologieDat onderwaterbeton leidt tot compromissen is al zichtbaar inde eisen aan de betonsamenstelling. In het mengselontwerpmoeten een aantal tegenstrijdige eisen worden verenigd.Voor een goede uitvloei van de betonspecie onder water,waarbij damwandkassen worden gevuld en trekelementenomhuld, is een hoge verwerkbaarheid noodzakelijk. Doorstortmethode komt de betonspecie zo min mogelijk met waterin aanraking. Toch kan dat contact met water niet wordenvoorkomen. Om uitspoeling te voorkomen/beperken, wordtgebruikgemaakt van een mengselsamenstelling met voldoendesamenhang. Echter bij voldoende samenhang is de uitvloei vande betonspecie minder. Een evenwicht tussen deze twee eisenmoet worden gevonden.van het cement. Dit vraagt om een speciaal mengsel (collo?daalbeton) of een aangepaste stortmethode, waarbij het contact metwater wordt beperkt. Voor het maken van onderwaterbeton-vloeren wordt voornamelijk de aangepaste stortmethodegebruikt. Hiervan zijn diverse vormen, zoals met een hopdob-ber of met een stortventiel. Die vormen zijn allen terug tevoeren op het gebruik van een buis, waardoor de betonspeciedoor het water wordt getransporteerd tot in de eerder gestortebeton-specie. Vaak is aan de onderzijde van de buis een schotelaangebracht om te zorgen dat de buis drijft en het uiteinde vande buis in de verse betonspecie blijft steken. De bovenzijdewordt op deze manier gevlakt en de verse specie komt nietdirect met water in aanraking.Een laatste aandachtspunt gerelateerd aan het werken onderwater betreft de toleranties van de vloer. In het ontwerp wordtgerekend met een dikte voor de onderwaterbetonvloer. Voorhet realiseren van deze dikte zijn de tolerantie aan onder- enbovenzijde van belang. De tolerantie aan de onderzijde isgerelateerd aan ontgraven. Hoe vlakker er ontgraven wordt,hoe kleiner de tolerantie aan de onderzijde. De tolerantie aande bovenzijde wordt bij het storten deels bepaald door de stort-wijze (hopdobber, stortventiel, schotel) in samenhang met deconsistentie van de betonspecie. Aangezien er geen verdichtingof afwerking plaatsvindt, wordt de vlakheid tijdens het stortenbepaald, waarbij door de aanwezigheid van stempels, gordin-themaBalanceren voor gevorderden3201384de winter, wanneer het onderwaterbeton in het koude waterwordt gestort, kan de ontwikkeling van de sterkte meer tijd inbeslag nemen dan vooraf in de planning is voorzien. In datgeval is een hoger cementgehalte gewenst. Een weloverwogenkeuze tussen deze twee aspecten is gewenst.Afstemming disciplinesMen dient zich bewust te zijn dat een onderwaterbetonvloer? of eigenlijk een veilige, droge omgeving waarin een beton-constructie kan worden gebouwd ? ontstaat door samenwer-king tussen partijen. Partijen met elk hun eigen eisen enwensen met betrekking tot de onderwaterbetonvloer. Zo zal deontwerper willen uitgaan van een bepaalde gemiddelde dikte,terwijl de uitvoering naderhand zo min mogelijk wil weghak-ken en daarom zal kiezen voor een vloer die liever iets te laagdan te hoog ligt. De uitvoerder zal van de duiker vragen devloer zo vlak mogelijk af te werken. Deze op zijn beurt zaldaarom een hoge vloeibaarheid van het betonmengsel voor deonderwaterbetonvloer eisen. Dit kan onbedoeld leiden totmengsels die relatief veel cement bevatten, waardoor weer veelscheuren ontstaan enzovoort.Bij de uitvoering willen ook nog wel eens verkeerde verwach-tingen leven ten aanzien van het moment dat de put kanworden leeggepompt, of in de woorden van de ontwerper, aanzijn maximale belasting kan worden blootgesteld. Regelmatigwordt de verwachting uitgesproken dat de put met 14 dagenwel kan worden leeggepompt, terwijl dat in de winter met traagreagerende mengsels ook rustig een paar maanden kan duren.Door circulatie in de bouwkuip wordt het opwarmende waterboven de onderwaterbetonvloer steeds ververst, waardoor hetonderwaterbeton wordt gekoeld. Daarbij speelt ook het begripbetonsterkte een rol: de constructeur heeft het over de karakte-ristieke sterkte, terwijl de uitvoerder in de praktijk alleen eenaanwezig gemiddelde druksterkte kan meten ? dit verschil van7 ? 8 MPa betekent al snel een week langer wachten.OntwikkelingenIn de loop van de jaren is er behoorlijk wat veranderd in deaanpak van onderwaterbetonvloeren. Door het streven vanbeperking van de overlast voor de omgeving en sneller bouwen,wordt voor de trekelementen steeds vaker gekozen voor Gewi-palen. Deze geven niet alleen minder geluidsoverlast bij hetaanbrengen, ook ligt de snelheid van aanbrengen hoger. Hier-door is de periode van overlast korter. De Gewi-palen hebbenechter een slapper gedrag, waardoor grotere vervormingen bijhet leegpompen van de bouwput zijn te verwachten. Dit heeftgevolgen voor het ontwerp, wat voor een klein deel kan wordengecompenseerd met een hogere sterkteklasse. Echter een puntDe grote afmetingen van de vloer (dikte ca. 1 m) leiden tijdensde verharding tot hoge temperaturen met als gevolg een risicoop scheurvorming. Wanneer dit doorgaande scheuren zijn, islekkage het gevolg. Dit is niet gewenst vanwege de waterdicht-heid, maar ook om vervolgschade in de definitieve vloer tevoorkomen. Om het risico op scheurvorming te reduceren, isbeperking van het cementgehalte gewenst. Echter de verhar-ding van het onderwaterbeton ligt veelal op het kritieke pad,waardoor een snelle sterkteontwikkeling is gewenst. Zeker inBalanceren voor gevorderden 32013 954 Leegpompen bouwkuip, de trekpalen die door het onderwaterbeton stekenzijn reeds zichtbaar (Tweede Julianasluis, Gouda)5 Het onderwaterbeton is boven water gekomen, de vloer wordt ingemeten(Tweede Julianasluis, Gouda)dat de nodige voorzichtigheid is gewenst om andere eigen-schappen die nodig zijn tijdens de uitvoering van het onder-waterbeton niet te veel te verstoren.Bij het ontwerp van onderwaterbetonvloeren wordt men regel-matig geconfronteerd met beperkingen in de normen en regel-geving. Enkele decennia geleden was het nog gebruikelijk uit tegaan van een vrij lage sterkteklasse van C20/25 verankerd metbetonpalen met ribbels. Op deze ervaringen is de regelgevinggebaseerd. Tegenwoordig komt ook sterkteklasse C30/37, ofsoms zelfs C35/45 voor, verankerd met Gewi-ankers. Daardooris zo langzamerhand de situatie ontstaan dat de regelgeving ookniet meer zo goed aansluit op wat in de praktijk gebruikelijk is.Zo zijn ontwerpen van relatief ondiepe bouwkuipen op basisvan CUR-Aanbeveling 77 niet economisch, en wordt hiervoorregelmatig teruggevallen op de oude `Bouwdienst-methode'. Inde zoektocht naar een economische oplossing wordt ook daarregelmatig van afgeweken door variaties op het oorspronkelijkeontwerp toe te passen. Uitbreiding van de regelgeving, zodatdeze ook toepasbaar is op relatief ondiepe bouwkuipen, isdaarom dringend gewenst.Ook op andere punten zijn verbeteringen mogelijk, zoalsvoor onregelmatig gevormde bouwputten, of onregelmatigeankerpatronen. Daarbij zou het vooral handig zijn de ontwerp-berekeningen ook gecontroleerd met een eindige-elementen-methode te kunnen uitvoeren. Dan zou bijvoorbeeld ook hetafnemen van de stempelkracht met het toenemen van deafstand van de damwand door de horizontale verhindering vande trekelementen kunnen worden gemodelleerd. De scheurvor-ming bij een aantal projecten in deze vloeren lijkt althans eenaanwijzing te zijn dat deze stempelkracht sterker afneemt danmen altijd heeft gedacht.Wat ook tot de mogelijkheden behoort, is het gebruik van staal-vezels in het onderwaterbeton. Het gaat om staalvezels die opde betoncentrale aan de betonspecie worden toegevoegd endaarmee eenvoudig kunnen worden aangebracht. Deze staal-vezels kunnen de ductiliteit van de vloer verhogen. Om dezestaalvezels op een goede manier te kunnen toepassen, isaandacht en een goede afstemming tussen ontwerp, uitvoeringen technologie een vereiste.Tot slotEen goede onderwaterbetonvloer vraagt een vroegtijdigeafstemming tussen alle betrokken partijen. Hierbij moeten alleraakvlakken tussen de disciplines worden benoemd. In eenopen, kritische dialoog worden wensen en beperkingen bespro-ken en de juiste afwegingen en keuzen gemaakt. Onderwater-beton: het is balanceren voor gevorderden. van aandacht bij de toepassing blijft de aansluiting met dedamwand of diepwand. Moet het onderwaterbeton kunnenslippen ten opzichte van de damwand wanneer zeer slappeankers (t.o.v. de damwand) worden toegepast? Een andere,terugkerende vraag is hoe kan worden gezorgd voor een water-dichte aansluiting tussen damwand en onderwaterbetonvloer.Op technologiegebied zijn er voor het onderwaterbeton posi-tieve ontwikkelingen te melden. Met de nieuwe hulpstoffen ishet mogelijk betonspecie te ontwerpen met meer vloeibaarheidin combinatie met samenhang. De uitdaging ligt in het vindenvan de goede verhouding tussen deze twee. Daarnaast gevendeze hulpstoffen mogelijkheden om de sterkteklasse te verho-gen ten opzichte van de gebruikelijke C20/25. Ook hierbij geldt