O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eH oges ter ktebetoncement 2003 4 59S t o r m v l o e d k e r i n gDe Stormvloedkering in de Oos-terschelde bestaat uit 65 pijlersverdeeld over drie stroomgatenHammen, Schaar en Roompot.Daartussen bevinden zich 62 be-weegbare stalen hefschuiven, diein breedterichting elk een afstandvan circa 41 m overspannen.Onder normale omstandighedenzijn de schuiven opgetrokken,waardoor getijbeweging in deOosterschelde mogelijk is.Om het stroombeeld in de geulenzo goed mogelijk te laten aanslui-ten bij het oorspronkelijke door-stroomprofiel van de geulen, va-rieert de hoogte van de schuivenvan 5,9 tot 11,9 m, met stappenvan 1,0 meter. De stalen beplatingvan de schuiven is aangebrachtaan de Oosterschelde-zijde. Dehoofddraagconstructie van deschuif bestaat, afhankelijk van dehoogte, uit twee of drie vakwerk-liggers (foto 1). De horizontale be-lasting op de schuiven wordt viade sponningen afgedragen op depijlers.Anders dan bij de pijlers, waarvanuit het oogpunt van stabiliteitjuist een groot gewicht werd na-gestreefd, dienden de schuivenvooral licht te zijn om daarmee debenodigde hefcapaciteit van debewegingswerken te kunnen be-perken.Hogesterkte-eigenschap-pen en een gedrag dat onder trekeven groot is als onder druk,maakten staal bijzonder geschiktom toe te passen in een omgevingvan grote belastingen en over-spanningen, in combinatie metveel belastingswisselingen. Eensituatie die zich voordoet bij deOosterschelde.C o n s e r v e r i n g s -p r o b l e m a t i e kEen nadeel van staal is echter dathet zonder conservering corro-deert. Iets wat in het agressievemilieu van de Oosterschelde zichvoordoet. Alle schuiven zijndaarom voorzien van een be-schermende coating. Inspectiesin 1991 brachten aan het licht datbij een deel van de schuiven decoating was gaan scheuren, waar-door onderhuids putcorrosie wasontstaan (foto 2).Deze aantasting vormde voldoen-de aanleiding voor de beheerderom direct maatregelen te treffen.De putcorrosie werd verwijderdendeaangetasteschuivenwerdenvervroegd voorzien van een anderconserveringssysteem. De laatstewerkzaamheden in dit verbandworden medio 2003 afgerond.Haalbaarheidsonderzoek betonnen schuiven in de OosterscheldekeringBetonnen schuiven in destormvloedkeringir. F. Bockhoudt, Bouwdienst Rijkswaterstaat, UtrechtDe ontwikkeling van beton is volop in beweging. Waar ten tijde van de bouwvan de stormvloedkering in de Oosterschelde nog met B 37,5 werd gerekend,is tegenwoordig B 45 tot B 65 de standaard. Enkele jaren geleden is zelfs metsucces een aantal bruggen en viaducten in hogesterktebeton uitgevoerd.Recent is de eerste civiele toepassing met zeer-hogesterktebeton verwezenlijkt[1]. Met de toegenomen sterkte-eigenschappen komen nieuwe toepassingenbinnen het bereik. E?n daarvan zou de toepassing van betonnen schuiven inde Oosterscheldekering kunnen zijn.1 | De huidige stalenschuiven in deOosterscheldekering(de eb staat door)foto: Aeroview Dick Sellenraad2 | Aantasting van de stalenschuiven door put-corrosieO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eH oges ter ktebetoncement 2003 460Tegelijkertijd heeft men zich af-gevraagd of conserveren op ter-mijn nog rendabel is.Conserveren van de schuivenneemt namelijk een aanzienlijkehoeveelheid tijd in beslag, omdatde werkzaamheden alleen buitenhet stormseizoen mogen plaats-vinden en er ? vanuit faalkans-overwegingen ? niet meer dan 4schuiven tegelijk buiten gebruikmogen zijn. Een simpel reken-sommetje leert dat voor het con-serveren van de gehele kering(62 schuiven) circa 15 jaar moetworden ingecalculeerd. Gegevenhet feit dat een coating zo'n 20 ?30 jaar meegaat, vergt dit een jaar-lijkse budgettering ter grootte vanhet conserveren van twee tot drieschuiven.Daar komt nog bij dat door deverscherpte regelgeving omtrentde stoffen die niet in het milieumogen vrijkomen, conserverings-werkzaamheden aanzienlijk duur-der zijn geworden. Het loont demoeite naar maatregelen te kijkendie ofwel de kosten per onder-houdsbeurt reduceren, dan wel defrequentie waarmee dit onder-houd moet gebeuren verlagen.Een combinatie van deze tweefacotren is eveneens mogelijk.Men kan denken aan andere con-serveringstechnieken zoals alu-miniseren, maar ook aan het ver-vangen van de huidige schuivendoor schuiven van ander materi-aal, zoals kunststof of beton.D u u r z a a m h e i dHogesterktebeton lijkt hierinveelbelovend, omdat dit door dehoge dichtheid goede duurzaam-heidseigenschappen heeft. Voorde toepassing in de Oosterschel-de wordt gedacht aan de sterkte-klassen B 105 en B 130. Tabel 1geeft globale samenstellingen.Bij de TU Delft uitgevoerdeproeven[2]wezenuitdatbijproef-stukken van vergelijkbare sterkte(B 110) geen chloride-indringingkon worden vastgesteld, nadatdeze conform een gestandaar-diseerde methode aan een NaCl-oplossing waren blootgesteld.Voorts zijn aan de hand van ver-schillende scenario's voorspellin-gen gedaan over de kans van hetoptreden van corrosie-initiatie,uitgedrukt in de betrouwbaar-heidsindex ?.Daaruit blijkt dat de betrouw-baarheidsindex in de tijd wel af-neemt, maar ruimschoots bovende norm van ? = 1,8 blijft (uit-gaande van een levensduur van100 jaar).K e u r s l i j fOndanks de hogere sterkte vanhogesterktebeton, waardoor slan-ker kan worden geconstrueerd,lag het toch in de verwachtingdat betonnen schuiven zwaarderzouden worden dan de huidigestalen schuiven. In hoeverre dittoelaatbaar is, wordt gedicteerddoor het hefvermogen van het be-wegingswerk. Uiteindelijk bleekvoor de grootste schuif (11,90 m)een gewicht van 700 ton alsmaximum te gelden.Bovendienmoesthetontwerpvande betonnen schuiven binnen debestaande configuratie en hethuidige gebruik van de keringpassen.Praktischgezienbetekentdit dat de pijlers en bewegings-werkenalsvastegegevensmoetenworden beschouwd. Daarmeeliggen de wijze van sluiten (verti-cale translatie) en de hoofdafme-tingen (hoogte en breedte) vastalsmede de wijze waarop dekrachtsafdracht plaatsheeft.Naast al deze randvoorwaardenmoest het ontwerp vanuit hy-draulisch oogpunt een `scherpe'onderrand hebben, opdat trillin-gen ten gevolge van stromingsef-fecten zouden worden gemini-maliseerd.V a n g r o f n a a r f i j nBij de ontwikkeling van hetontwerp, dat binnen deze rand-voorwaarden past, is vooral ge-zocht naar een haalbare variant.Dit heeft voor de grootste schuifgeleid tot een ontwerp bestaandeuit een plaatconstructie met eenvakwerk als draagconstructie.Tabel 1 | Globale betonsamenstellingen (kg/m3)B 105 B 130cement 475 370zand 750 740grind 1050 1160silicafume 50 100hulpstoffen 10 10staalvezels ? 100soortelijke massa 2430 2620water wcf 0,3 (-) 0,3 (-)61900 1950 2000chloride ingressReliabilityindex[S]time [year]2050 21004203 | Storm op deOosterscheldekeringfoto: Meetkundige dienstRijkswaterstaat4 | Verwachte corrosie-initiatie bij tijdsafhanke-lijke diffusie-co?ffici?ntvoor B 105(dekking 50 mm)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eH oges ter ktebetoncement 2003 4 61Deplaatconstructie,uitgevoerdinB 130, is verstevigd met verstij-vingsribben en vormt in geslotentoestand het kerende element.Voor de krachtsafdracht wordt deplaatconstructie door twee voor-gespannenvakwerkliggersonder-steund. Deze vakwerkliggers, uit-gevoerd in B 105, zijn opgebouwduit een trekband, een drukregel,hang- en schoorstaven (fig. 5).Omdat de trekband in de plaat isge?ntegreerd wordt deze niet inB 105, maar evenals de plaat, inB 130 uitgevoerd.De belasting op de waterkerendeplaat wordt via de vakwerkliggersnaar de eindharren afgevoerd,waar de belasting op de pijlers af-draagt. Het ontwerp lijkt sterk opdat van de stalen schuif, met dienverstande dat de betonnen variantslechtstweevakwerkliggersheeft.De eerste berekeningen leiddenalle tot ontoelaatbaar hoge ge-wichten. Door optimalisatie werdhet toelaatbaar gewicht tochbereikt, maar de vreugde wasslechtsvankorteduur.Aangeziende berekening zich in eerste in-stantie beperkte tot de hoofdon-derdelen van de draagconstructie,waren onderdelen als de eindharnog niet nader beschouwd. Enjuist daar zat het venijn (fig. 6).Detaillering leidde tot overschrij-ding van het maximaal toelaatba-re gewicht.E i n d h a r - p r o b l e m a t i e kWanneer men het huidige stalenontwerp aandachtig bestudeert,valt op dat nabij de eindharrenkokers zijn toegepast. Eigenlijksluit dat niet aan bij de gekozenconstructievorm (plaat met vak-werk als hoofddraagconstructie).Deze kokers zijn echter nodig omdegrotewringendemomentenopte nemen, die ontstaan doordat deschuif is ingeklemd in de gelei-dingen (om klapperen van deschuif te voorkomen). Daar komtnog bij dat deze wringmomentenoptreden in combinatie met grotetrekkrachten uit de trekband, watvoor beton extra ongunstig is. Deaanvankelijk voorgestelde dunneplaatconstructie voor de eindharwas dan ook niet haalbaar.Vervolgens is de oplossing nietzozeer in het ontwerp van deschuif gezocht, als wel in het aan-passen van de pijler. Door desponning in de pijler te versmal-len, kon de eindhar zoveel kleinerworden uitgevoerd dat het toe-laatbare gewicht alsnog werdbereikt.D i m e n s i o n e r i n gDe belangrijkste belastingen opde schuif zijn afkomstig van hetwater en bestaan uit:? de hydrostatische belasting uithet (statische) verval over dekering;? de quasi-statische golfbelas-ting afkomstig van de wind-golven;? (mogelijke) trillingen doorstromingen langs lekspleten.Tijdens het bewegen van deschuif(sluitenofopenen)kunnendaar nog stromingsbelastingenen golfklapbelastingen bijkomen.Deze laatste ontstaan eveneensdoor windgolven, maar hebbeneen zeer korte duur, in combina-tie met een hoge druk.De schuiven worden dus voor eengroot deel door wisselende belas-tingen belast. Verwacht mag wor-den dat vermoeiing daarbij eengrote rol speelt. Toetsing op ver-moeiing is echter lastig, omdat deregelgeving inzake vermoeiingvan hogesterktebeton zeer be-perkt is. Hetzelfde gedlt voor deregelgeving rondom scheurwijd-te voor betonsterkteklassen hogerdan B 105. Daarom is gekozenvoor een pragmatische insteekdoor te bekijken in hoeverre toet-sing volgens de vigerende nor-men (VBC en VBB) tot een veiligebenadering leidt.T o e t s o p s c h e u r w i j d t eDe scheurwijdte-toetsen volgensde VBC 1995 zullen voor hoge-sterktebeton tot conservatievewaarden leiden, omdat de ge-bruikte formules zijn gebaseerdop de eigenschappen van grind-beton.Datwilzeggenerwordtuit-gegaan van gescheurde doorsne-den, waarbij de vereiste trek-krachten door de wapening wor-den geleverd. Het aandeel van hetbeton wordt verwaarloosd. Voorgrindbeton is dit een juiste ver-onderstelling, doch bij hoge-sterktebetonkanditbetonaandeeleen significante bijdrage leveren.Door de veel hogere aanhecht-sterkte zullen de scheurafstanden de scheurwijdte aanzienlijkworden verkleind. Daar komt nogbij dat bij de hogere sterkteklas-sen er staalvezels in het mengselworden verwerkt. Deze zorgenervoor dat de aanhechtsterkteextra wordt verhoogd.Specifiek voor de schuiven in deOosterschelde geldt bovendiendat deze gedurende 99,9% vande gebruiksduur boven waterhangen. De daarbij horende be-lastingen zijn aanzienlijk kleiner,5 | Globaal ontwerp groot-ste schuif (11,90 m hoog)in hogesterktebeton6 | Schuifbe?indiging nabijde eindharO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eH oges ter ktebetoncement 2003 462waardoor scheuren onder invloedvan de voorspanning wordendichtgedrukt. Het beton krijgtdus optimaal de kans om schade-lijke processen door het afdichtenvan de scheuren te vertragen. Opbasis hiervan mag worden aange-nomen dat toetsing op scheur-wijdte conform de VBC tot eenveilige benadering leidt.Toets op vermoeiingDe toets op vermoeiing is voorbetonalleenuitgewerktindeVBB1995 en daarin toegespitst op be-tonnen bruggen. Wel wordt daar-naast een algemene toetsmetho-de aangereikt, die bestaat uit hetbepalen van de Miner-som. Voorde schuiven is deze methode ge-hanteerd. Door het belastingspec-trum op te delen en per deel deverval- en golfbelastingen te be-palen, kan voor elk deel het aan-deel van de Miner-som wordenberekend. Gesommeerd dienendeze aandelen kleiner te zijndan 1. De aan te houden ver-moeiingssterkte voor het beton isbepaald conform de VBB, doordeze te extrapoleren naar de be-treffende hogesterktebetonklas-sen. Dit is een veilige benaderingaangezien de VBB voor beton-soorten hoger dan B 35 de beton-sterkte conservatief in rekeningbrengt.H o o f d a f m e t i n g e nVoor de meeste onderdelen bleekhet vermoeiingcriterium maatge-vend. Dit resulteerde in het vol-gende ontwerp.De plaatconstructie is gewapendmet 3 lagen ? 8 ? 50 en heeft, meteendekkingvan25mm,eendiktevan 75 mm. Van de vakwerklig-gers zijn de meeste onderdelenvoorgespannenDeafmetingenbedragen(inmm):drukregel: 725 x 725;trekband: 725 x 655;verstijvingsrib: 300 x 510;hangstaaf: 500 x 500.Het streven naar minimale afme-tingen van de doorsneden kan bijhet plaatsen van de voorspanningen wapening tot problemen lei-den. Daarom is voor een aantaldetails een 3D-schets gemaakt,waarin de ligging van wapeningen voorspanning is uitgewerkt(fig. 8).K o s t e nNaast de technische uitwerkingzijn indicatief de kosten bepaald.Daaruit is gebleken dat de bouw-methode grote invloed heeft opde totale kosten; eenderde vande kosten wordt bepaald door dewijze van monteren en plaatsenvan de schuiven. Voor de ramingisuitgegaanvandesituatiewaarinalle 62 schuiven worden vervan-gen en waarin alle schuiven quaafmetingen gelijk zijn: 11,90 mhoog met een gewicht van circa680 ton. Dit is een bovengrensbe-nadering.Afhankelijkvandegekozenbouw-methode vari?ren de kosten tus-sen133en163miljoeneuro(prijs-peil 2001).H a a l b a a r e n b e t a a l b a a rOp basis van de uitwerking magworden geconcludeerd dat eenontwerp voor betonnen schuiven,die voldoen aan de eisen, moge-lijk is. Het toelaatbare gewichtwordt daarbij niet overschreden.In hoeverre dit ook geldt voor dekosten, kan worden afgeleid vande kosten die momenteel wordengemaaktvoorhetconserverenvan21 schuiven in de kering. Extra-polatie van deze kosten naar hetconserveren van alle 62 schuivenzou neerkomen op zo'n 170miljoen euro (prijspeil 2001). Dekosten van de betonnen schuivenworden daarmee concurrerendmet het conserveren van alleschuiven. sL i t e r a t u u r1.Kaptijn, N., Eerste toepassingvan zeer-hogesterktebeton inciviele draagconstructie;Cement 2003 nr. 1.2.Braam, C., Kaptijn, N.enBuitelaar, P. Hogesterktebetonals brugdekoverlaging; Cement2003 nr. 1.3.Bockhoudt, F. Haalbaarheids-nota betonnen schuivenOosterschelde, rapport Bouw-dienst, oktober 2002.7 | Definitief ontwerp grootsteschuif (11,90 m) in hoge-sterktebeton8 | 3D-schets van wapeningen voorspanning nabij deeindhar