C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 3 49Ondanks de toegenomen techni-sche mogelijkheden zijn de ont-werpers voor een aantal lastigekeuzen gesteld om de gesteldeeisen te realiseren.Bij een scheepsstoot van 30 MN isde maximale blijvende vervor-ming beperkt tot 80 mm, en doorhet gewicht van de trein mag deconstructie nagenoeg geheel nietvervormen, omdat anders hetcomfort van de reizigers terug-loopt.P i j l e r s e n s c h e e p s s t o o tNaast het Programma van Eisenwilde de bouwcombinatie hetwerk op de rivier beperken. Meteen gering aantal grote palen ?300 mm, 4 of 5 per pijler, en eengeprefabriceerd caisson dat op derivier op de palen wordt neerge-zet, is deze wens gerealiseerd. Depijlervoetmoetindeeindtoestandgeheel onder water blijven; alleende schacht komt uit het waterop-pervlak omhoog (fig. 1).Uit de vele alternatieven is geko-zen voor een open betonnen bakmet een tijdelijk verhoogde wandals waterkering. Deze kan op dewal worden gemaakt, met eenkraan in het water worden getilden naar de locatie worden geva-ren.Oplocatieaangekomenwordtdeze bak gevuld met water, waar-door deze op de palen zakt. Hetblijkt nogal lastig om met dezebetonnen bakken te varen en zon-der beschadigingen door sluizente manoeuvreren. Daarom zijn debakken na de productie in Katsop een ponton gezet (foto 2) diedichtbij de bouwplaats werd afge-zonken, waardoor de betonnenbakken gingen drijven. Het afzin-ken boven de paalfundering doorhet vullen met water leidt tot in-stabiliteit van de met water ge-vulde bak. Om dit tegen te gaan istijdens het afzinken een deel vanhet gewicht door een kraan opge-De brug over het Hollands DiepEen constructie uit ??n stukir. H.J. Vos en ir. D.M.J. Tuinstra,Bouwcombinatie Drechtse Steden/IV-InfraHet ontwerp van de hsl-brug over het Hollands Diep is in het najaar van 2000gestart. Twee jaar later is het ontwerp voltooid en de bouw al zichtbaar gevor-derd. Het ontwerp van de architecten Benthem en Crouwel is uitgangspuntgeweest voor de technische uitwerking. Het resultaat is een oeververbindingdie totaal verschilt van de bestaande spoorbrug die ernaast ligt (tabel 1).Zowel de fundering, de draagconstructie, het rijdek als de spoorstaafbevesti-ging zijn geheel nieuw. De verschillen zijn een direct gevolg van de verander-de mogelijkheden en inzichten, tezamen met de eisen die het rijden met hogesnelheid stelt aan het spoor. Daarbij komt de grote scheepsstoot die de pijlersmoeten kunnen weerstaan.Tabel 1 | Belangrijkste verschillen bestaande en nieuwe Moerdijkspoorbrugbestaande spoorbrug nieuwe brugpalen duizenden houten palen (1876) 49 stalen buispalen 3 mfundering in situ gebouwde pijlers in bouwkuip (1876) prefab betonnen bakkenliggers 6 vakwerkliggers, elk over 3 steunpunten (1955) 1 stalen trogligger van 1100 m over 13 steunpuntendek stalen balkrooster van dwarsdragers en langsliggers (1955) monoliet betonplaat over de gehele lengterailbevestiging houten dwarsdragers directe spoorstaafbevestiging2 | Open prefab-betonnen bak als aanzet voor het funderingsblok, mettijdelijke verhoogde wand als waterkering, wordt op een pontongeplaatst voor transport naar het Hollands Diep1 | Hsl-brug over het Hollands Diep: doorgaande stalen kokerligger met betonnen dek opbetonnen pijlers; funderingsblok op 4 of 5 stalen palen ? 300 mmC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 350nomen. Zo zakte de bak recht-standig op de palen.Om wapening en beton in de be-tonnen bak aan te brengen moetdeze worden leeggepompt. Datleidt tot opdrijven. Daarom wordteerst de bak aan de palen vastge-maakt en daarna leeggepompt.Dit bevestigen moet dus onderwater gebeuren en de verbindingmoet sterker zijn dan het opdrij-vend vermogen van de bak. Ookmoet de uittreksterkte van depalen groter zijn dan de opdrijf-kracht,andersgaatdebakbijleeg-pompen met palen en al omhoog.In de vloer van de betonnen bakzijn,terplaatsevandepalen,staal-platen voorzien (foto 3). Na hetplaatsen zijn daarin gaten ge-brand, precies boven de palen.Door deze gaten zijn wapenings-korven (foto 4) ingebracht metankerplaten. Balken op de vloervan de betonnen bak, bevestigdaan de ankerplaten, voorkomenhet opdrijven nadat de palen overde bovenste 7,5 m met onderwa-terbeton zijn gevuld. De binnen-kant van de buispalen is voorzienvan een groot aantal ingelasteringen die de krachten uit hetonderwaterbeton op de paalwandoverdragen. Foto 5 toont het af-storten van de fundering.De scheepsstoot van 30 MN grijptaan op 3 m boven het wateropper-vlak, in de vaarrichting, dus lood-recht op het spoor, of onder eenhoek van 45 ?. Dit laatste geeft eenstoot in de rijrichting van 21 MN.De pijlers moeten smal zijn inverband met de doorvaartbreedte,in elk geval niet breder dan depijlers van de bestaande brug. Inde vaarrichting wordt de maat al-leen begrensd door constructieveen economische overwegingen.De stootcomponent loodrecht opde vaarrichting blijkt maatge-vend. Door deze te verdelen oververschillende pijlers, wordt vol-doende sterkte en stijfheid ver-kregen. Doken op de pijlers bren-gen de scheepsstoot over naar debrug en naar de volgende pijler enzorgen zo voor voldoende weer-stand.S t i j f h e i d e n c o m f o r tDeafstandvanpijlertotpijler(105m) wordt door de hogesnelheids-trein afgelegd in een tijd diesamenvalt met de eigen trillings-tijd van de brug. Dit is uitlokkingtotresonantie.Entreinwielenkun-nenopdebrugnietuitdepasgaanlopen. Om de invloed van pijler-zetting na te gaan, zijn er bereke-3 | Open bak met staal-platen om op de palenaan te sluitenfoto: Ton Borsboom/MEVA4 | Wapeningskorven om deopen bak aan de palenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 3 51ningen gemaakt voor een pijler-zetting van 100 mm. Dat blijktgeen merkbaar effect te hebbenop het comfort: de halve golf isdan 210 m lang en de trein volgtdeze `deuk' zonder probleem.Pijlers dichter bij elkaar zetten isgeen optie: de verkeersbrug aande westkant en de spoorbrug aande oostzijde hebben dezelfde pij-lerafstand, een eis vanuit descheepvaart.Bovendien is de eigenfrequentievanderijtuigenindezelfdegrootte-orde. Alle ingredi?nten om depassage van de brug op een ritjemet een hobbelpaard te latenlijken, zijn aanwezig.De brug moet daarom zeer stijfworden geconstrueerd om in demeest ongunstige omstandighe-den een comfortabele passagemogelijk te maken. Comfortabelbetekent in feite dat de reizigerniet merkt dat de trein over debrug raast, behalve door het uit-zicht (en dat is mooi!). Die ongun-stige omstandigheden wordenbepaald door temperatuurvervor-ming, door elastische vervormingdoor de trein en door kruip vanhet beton van het dek na verloopvan jaren.De elastische doorbuiging kanworden beperkt door de brug eenvoorkromming te geven: de treinrijdt de ligger vlak. Het gaat omkleine getallen: enkele mm bij deoverspanningen van 105 m. Dezewaarden zijn zo minimaal, dat zewegvallen tegen de fabricageto-leranties van de stalen liggers enhet betonnen dek. De uiteinde-lijke nauwkeurigheid komt eersttot stand bij het afstellen van derail. Deze wordt aan de railkopafgesteld en daarna wordt de rail-bevestiging in beton ingegoten.Zo zijn alle toleranties in ??n keerondervangen.De stijfheidseis blijft echter vantoepassing. Er zijn verschillendemogelijkheden onderzocht omdie te realiseren:1. Voorspannen van het beton-nen rijdek- door voorspanstrengen;- door vijzels;- doordewijzevanmonteren;2. Meerekenen van detreksterkte van het beton;3. Vergroting van staaldoorsne-de en hoeveelheid wapeningin het dek;4. Vergroting van de opleggingop de pijlers.Door de aard van de belastingenzal plaatselijk trek in de betonnendekplaat optreden. De daarbijoptredende scheurvorming kanweliswaar door de juiste maniervan wapenen binnen aanvaardegrenzen blijven, maar de stijfheidneemt zeker af. Voorspannen ver-groot de complexiteit van de uit-voering fors en is kostbaar.Voorspannen met vijzels kan pasplaatshebben als het hele dek isaangebracht. Dit heeft ingrij-pende gevolgen voor de planning.De onderlinge afhankelijkhedennemen toe en de bouwtijd over-schrijdt de beschikbare periode.Het dek onder druk brengen enhouden door de montagemetho-de lijkt een eenvoudige oplossing.Het betekent echter een vergro-ting van de transportproblemen:de secties zouden 105 m langmoeten worden, te zwaar om metbeperkte middelen op hoogte teplaatsen en te hoog om onder deverkeersbrug door aan te voeren.Bovendien zou niet al het betononder druk komen en zoudenaanvullende maatregelen nodigzijn.Meerekenen van de treksterkte en-stijfheid van het beton is vanuitde voorschriften niet voldoendete onderbouwen. De trekstijfheidvan gescheurd beton is gering,maar tussen de scheuren is het5 | Afstorten van hetfunderingsblok vanafhet water6 | Rechthoekige pijlerkopbiedt ruimte aan vieropleggingen7 | Voegovergang inconstructiewerkplaatsSchiedamC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 352beton niet gescheurd en draagthet bij aan de stijfheid. De invloedzal ongetwijfeld gunstig zijn,maar het is moeilijk aan te tonenin welke mate dit het geval zalzijn.Er is derhalve gekozen voor eencombinatie van de laatste tweemogelijkheden. Op de oorspron-kelijke cilindervormige pijler wasde beschikbare ruimte juist vol-doende om een lijnoplegging teplaatsen. Deze heeft geen enkeleinklemming. In overleg met dearchitect is een rechthoekige pij-lerkop gekozen die ruimte biedtaan vier opleggingen (foto 6).Debeperkteinklemming?devieropleggingen staan vrij dicht bijelkaar ? geeft het geheel juist deextra stijfheid die voor het com-fort is gewenst. Lokaal boven desteunpunten zijn breedte en diktevan de flens vergroot.H e t m o e t u i t d e l e n g t ek o m e nDe nieuwe hsl-brug is een con-structie uit ??n stuk. Dat geldt inoverdrachtelijke zin voor dekloeke vormgeving en letterlijkvoor de constructieve kant. Delengte van het rivierdeel, de toe-ritten op beide oevers niet mee-gerekend, bedraagt 1100 m. Hetheeft geen zin meer decimalen tegeven als daarbij de temperatuurniet wordt vermeld. Tussen kouden warm zit bijna een meter ver-schil. In de rails is aan beideeinden een compensatie-inrich-ting voorzien om deze lengtever-andering voor het spoor op tevangen. Het vaste punt van debrug is in het midden van de con-structie geplaatst om de vervor-ming gelijk naar beide oevers teverdelen. Veel langer had de con-structie niet kunnen worden,omdat de capaciteit van de com-pensatie-inrichting begrensd is.Behalve de middelste drie pijlers,die als vast punt fungeren, zijnalle pijlers, alsmede de landhoof-den voorzien van glijdende opleg-gingen. Het zal niet vaak voorko-men dat een glijoplegging ondereen helling wordt geplaatst, maarhierisdatwelhetgeval:hetaligne-ment vertoont bij de overgangenbrug-landhoofd een helling van2,5%endeopleggingenzijneven-wijdigdaaraangeplaatst.Zowordteen hoogteverschil in de rail voor-komen.Staal en beton lopen over de vol-ledige lengte door, zonder dilata-ties. Ook de rails zijn uit ??n stuk,wat het comfort van de reizigervergrootenslijtageaandewagonsbeperkt. De samenwerking vanstaal en beton geeft een stijve con-structie. Voor het reizigerscom-fort is dat nodig, omdat een kleinevervorming in het hart van elkeoverspanning en geen vervor-ming boven de steunpunten, leidttot een ongewenst wasbord-effectdat tijdens een treinpassage elfkeer optreedt. Het comfortcrite-rium is vanwege het repetitie-effect zeer strikt: de versnellingendie over de gehele lengte optre-den, worden na sommatie beoor-deeld. Dat doet recht aan het feitdateeneenmaaloptredendeonre-gelmatigheid als minder storendwordt ervaren dan een repeterendgehobbel.De veldliggers zijn zeer stijf doorde samenwerking van staal enbeton. Het betonnen dek is metdeuvels aan de flenzen van de8 | Inhijsen veldligger,bekisting aan hamerstuken reeds ontkist hamer-stukC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2003 3 53staalconstructie verbonden. Tij-dens het storten van het dek bij deconstructiewerkplaats in Schie-dam (foto 7) werd de stalen liggeropvierpuntenondersteund,waar-door er weinig spanningen in hetstaal ontstonden. Eerst na verhar-den van het beton werden de tus-sensteunpunten verwijderd, waar-door het eigen gewicht werd op-genomen door de samengestelde,en daardoor zeer stijve ligger.Om te verzekeren dat tijdens hetstorten en verharden van hetbetonnen dek geen ongewenstespanningen zouden optreden, isde hoogte van de steunpunten indeze fase continu gemeten en zo-nodig gecorrigeerd. De verschil-zetting tussen eind- en tussen-steunpunten is daarmee beperkttot enkele millimeters. Zo konmet een relatief eenvoudigefundering toch een zettingsvrijeondersteuning worden gecre?erd,die toelaat dat de goede zeeg enspanningsverdeling ontstaat alshet beton is verhard.Extreem gevoelig voor verschil-zettingen is het overstek van hetdek buiten de hoofdligger. Zelfshet genoemde zettingsverschilvan enkele millimeters tussen debekisting onder de uitkraging ende stalen ligger zou tot ernstigebeschadiging leiden op de plaatswaar het dek op de bovenflens vande stalen ligger rust. Daarom iservoor gekozen de bekisting vandeze uitkraging op te hangen aande stalen ligger, in plaats van af testeunen op steigerwerk vanaf hetmaaiveld. Als er dan een zettingoptreedt, zakt de uitkraging meeen bij het corrigeren van dezetting wordt de uitkraging mee-gecorrigeerd.De veldliggers zijn compleet metbetonnen dek naar de bouwplaatsvervoerd en daar ingehesen tus-sen de opgestelde hamerstukken(foto 8). Het dek van de hamer-stukken wordt op de bouwplaatsgestort. Voor het uitkragende dekis dezelfde bekisting toegepast alsbij de veldliggers, bevestigd aande stalen ligger. Het bleek nietmogelijk de hamerstukken metbetonnen dek aan te voeren en opde pijlers te zetten. Omdat dehamerstukken onder de verkeers-brug door worden aangevoerd,moesten deze vanuit de positie`op zijn kant' op een ponton, meteen bok overeind worden gekan-teld en op de pijler worden ge-plaatst. Met betonnen dek eropwas dat niet mogelijk.Dit heeft een bijkomend voordeeldat door het storten van het betonop het hamerstuk nadat de veld-liggerszijningehangen,descheur-vorming in het dek wordt geredu-ceerd. Om de trekspanningen inhet betonnen dek op de hamer-stukken verder te beperken, zijnstortvoegen opengelaten die wor-den gestort nadat het dek is ver-hard (foto's 9 en 10).Door deze wijze van uitvoering iserbovendesteunpuntennogtrek-capaciteit in het betonnen dek.Volgens de Nederlandse normenmag hiermee niet worden gere-kend. In de Eurocode 4, deel 2(staal-betonbruggen) wordt eenmethode aangereikt om dezecapaciteit in rekening te brengen.Bij nadere bestudering bleek ditechter geen werkbare methode.Zodoende is er, om aan de stijf-heidseisen te voldoen, extra trek-capaciteit voorzien door het toe-voegen van wapening en hetvergroten van de bovenflenzen.O u d e n n i e u wDe keuzen die in het ontwerp zijngemaakt zijn gericht op een 100-jarige levensduur. Het architecto-nisch ontwerp staat de invullingvan deze eis niet in de weg. Hetnaadloze dek zorgt ervoor dat deonderliggende constructie eendak boven zijn hoofd heeft.Die onderliggende constructie iseen uit gladde vlakken gevormdeconstructie, vrij van plaatsen waarvuil en vocht zich kunnen op-hopen. Dat impliceert niet dat ergeheel geen onderhoud zou moe-ten worden uitgevoerd, maar weldat het onderhoud aanzienlijkeenvoudiger is dan bij de bestaan-de spoorbrug ernaast. Alom kande constructie worden ge?nspec-teerd en onderhouden. Het dekbiedt ruimte voor vluchtpaden,inspectiepaden, kabelkokers enwaterafvoer. De toegankelijkheidvan de onderdelen is verzekerd.Dat is bij de bestaande brug welanders. Niet dat de prestatie eer-tijds daarom minder was. Wekunnen ons erover verbazen datmetdemiddelenvantoen,zonderreken- en tekensystemen en zon-der de grootschalige werktuigendie nu heel gewoon zijn, tochzulke grote werken konden wor-denuitgevoerd.Misschienzoudende bouwers van toen wel jaloerszijn op de middelen die ons nu terbeschikking staan. s9 | Detail stortvoeg tussenveldligger en hamer-stuk10 | Stortvoeg tussen veld-ligger en hamerstuk