Hergebruik liggers A9 Prefab voorgespannen liggers uit 11 viaducten tussen Badhoevedorp en Holendrecht worden geoogst 1 Bestaand viaduct in de A9 over de Keizer Karelweg 1 24?CEMENT?8 2022 Rijkswaterstaat heeft de ambitie in 2030 klimaatneutraal en cir- culair te werken. Ook het project A9 BAHO wil hier een bijdrage aan leveren. Mede naar aanleiding van de SBIR (Strategic Business Innovation Research) Circulaire Viaducten (zie kader) ontstond het idee om na te gaan of de liggers uit de A9 elders kon- den worden hergebruikt. Vanuit andere projecten van Rijkswa- terstaat, maar ook vanuit provincies en ge- meenten is er veel interesse in de liggers. Ook diverse aannemers hebben belangstel- ling. Dat heeft enerzijds te maken met de stijgende grondstofprijzen en anderzijds met het feit dat aanbiedingen van aanne- mers voor circulaire voorstellen worden beloond. Hergebruik is echter geen sinecure. Slopen kost veel minder tijd en geld dan de liggers oogsten en geschikt maken voor her- gebruik. Een van de obstakels in het project A9 BAHO was verder dat in het contract is afgesproken dat de opdrachtnemer VeenIX eigenaar wordt van de liggers. En een con- tract wijzigen is complex. Ondertussen wor- den vanuit de SBIR de eerste liggers bij de A9 geoogst en is met VeenIX de intentie uit- gesproken ook de overige liggers uit de A9 zo veel mogelijk te gaan oogsten. Ontwikkeling brugdekken Bij elf bruggen en viaducten in de A9 (in het gedeelte tussen de brug over de Ringvaart en knooppunt Holendrecht) is bij de bouw van de dekconstructies gebruikgemaakt van prefab liggers (foto 1, fig. 2). Er komen drie typen liggers voor: HNP-liggers, HIP-liggers en contactliggers. De lengte varieert van 10 tot 28 m. Onderzoek naar de liggers geeft een interessante terugblik op de ontwikke- ling van viaductdekken met voorgespannen geprefabriceerde liggers uit de aanlegperiode. HNP-liggers?Uit de archieven blijkt dat er door Rijkswaterstaat directie Wegen in 1968 een bestelling (als zogenoemde directieleve- ring; een levering voor kosten van de opdracht- gever) werd gedaan bij Spanbeton voor de levering van 521 HNP750-liggers voor in totaal vier kunstwerken (foto 3). Deze HNP-ligger was een gestandaardiseerde ligger met een breedte van 980 mm (fig. 4). De lengte van de toegepaste HNP750- liggers bedraagt 10 tot 23 m. Op een rooster van de liggers werd een in het werk te stor- ten gewapende druklaag van 180 mm dikte aangebracht. De liggers werden voorzien van een zogenoemd hamereind waarbij de breedte van het lijf was vergroot van 200 naar 400 mm. IR. DRIEK NUIJENS Technisch Manager Rijkswaterstaat IR. KEES QUARTEL Senior Adviseur Bruggen en Viaducten Rijkswaterstaat auteurs Als onderdeel van de weguitbreiding Schiphol-Amsterdam-Almere (SAA) verbreedt Rijkswaterstaat momenteel de A9 tussen de knooppunten Badhoevedorp en Holendrecht (A9 BAHO). Drie rijstroken per rijrichting worden er vier en er komt een wisselbaan. Daarbij worden meerdere bestaande bruggen en viaducten vervangen. In eerste instantie was de gedachte om een deel van deze kunstwerken te versterken, maar dat bleek niet de beste keuze. De liggers zijn zonder aanpassingen niet geschikt voor toepassing in de nieuwe autosnelweg. Ze zijn echter wel nog in prima conditie, dus is het zonde om ze te vernietigen. Rijkswaterstaat zocht naar een meer circulaire oplossing. CEMENT 8 2022 ?25 Twee kenmerken zijn interessant in relatie tot het eventuele hergebruik van deze liggers. De viaducten werden statisch onbepaald uitgevoerd met drie of vier overspanningen. De liggervelden werden daartoe boven de steunpunten verbonden door een buigstijve, gewapende verbinding (fig. 5). Bij twee kunstwerken werden geprefabriceerde pij- lerbalken toegepast van het type Preflex, een in die tijd gangbaar systeem waarbij de onderflens van een stalen HEA-ligger werd verbonden met een betonomstorting 800 × 300 mm² (b × h) (fig. 6, foto 7). Tijdens het productieproces werd de stalen HEA- ligger voorbelast, zodat na het storten en verharden van het beton en het wegnemen 2 Tracé A9 Badhoevedorp ? Holendrecht 3 Brug met HNP-liggers in uitvoering 4 Doorsnede HNP-liggers zonder en met druklaag 2 3 4 26?CEMENT?8 2022 5 Statisch onbepaalde pijleroplegging HNP-liggers 6 Detail Preflex-pijlerbalk met HNP-liggers 7 Preflex-pijlerbalk in uitvoering De kwaliteit van voorgespannen prefab liggers uit de periode 1965-1985 blijkt uitzonderlijk goed te zijn en de restlevensduur veel groter dan 100 jaar 5 van de voorbelasting een drukspanning in de betonnen flens werd geïntroduceerd. Het statisch onbepaalde systeem geeft extra uitdagingen voor het oogsten van de liggers. In de eerste plaats omdat het los- maken van de liggers uit de samengestelde constructie moeilijk is, maar ook omdat het risico groot is dat de liggerkop bij het oog- sten beschadigt en moet worden ingekort, waardoor de aanwezige splijtwapening moet worden opgeofferd. Overigens zal dit ook gebeuren wanneer de ligger moet worden ingekort om de lengte aan te laten sluiten op de nieuwe toepassing. Verder ontbreekt in de HNP-liggers echte beugelwapening. Wel zijn verticale 6 7 CEMENT 8 2022 ?27 haarspelden Ø6 hart-op-hart 500 mm (QR40, ofwel f yk = 400 N/mm²) aangebracht. De toenmalige voorschriften RVB 1962/67 stelden geen verdere eisen aan een minimale beugelwapening, wanneer de dwarskracht- capaciteit maar kon worden gewaarborgd op basis van een toets op hoofdtrekspannin- gen. Alleen ter plaatse van de liggereinden is sprake van verticale wapening (QR24, ofwel f yk = 240 N/mm²), om de optredende splijt- spanningen ten gevolge van voorspanning op te nemen. Verticaal uitstekende haar- speldwapening verzorgde de verbindings- wapening met de druklaag. HIP-liggers?Ten tijde van het vervolg van het ontwerp en de bouw van de viaducten, in 1969, had Spanbeton de HIP-ligger als opvolger van de HNP-ligger geïntroduceerd. Daarmee werd invulling gegeven aan de nieuwe visie dat bij prefabricage meer moest worden ingezet op een industriële productietechniek en een gestandaardi- seerd ontwerp. De HIP-ligger onderscheidde zich van de HNP-ligger door een prismatische door- snede over de gehele liggerlengte, een grotere breedte (1180 mm, werkende breedte 1,2 m), een op vaste hoogte in het 300 mm dikke lijf aangebrachte oplegprofilering voor de verlo- ren houten bekisting van de druklaag (fig. 8), en de aanwezigheid van beugelwapening. Deze HIP-liggers zijn in vier van de elf kunst- werken toegepast, in drie uitvoeringen: 8 Doorsnede HIP-liggers 9 Detail Preflex-pijlerbalk met HIP-liggers 10 HIP-inhangliggers in opslag SCENARIO'S Om te leren wat werkt en wat niet werkt, wil Rijkswaterstaat de matching uitwerken in ver- schillende scenario's: 'Coördinerende klant'; RWS blijft eigenaar Liggers worden geoogst en op een hublocatie neergelegd binnen het areaal van Rijks ­ waterstaat en bijvoorbeeld op de bruggenbank geplaatst. 'Coördinerende klant'; eigen- dom gaat (tijdelijk) over naar de markt Liggers worden geoogst, gemo- dificeerd, opgeslagen en herge- bruikt door de markt. Beheer in een samenwerkings- verband en gezamenlijke coördinatie Liggers woorden deels door de markt (en andere opdrachtge- vers) geoogst, gemodificeerd en opgeslagen en deels zal Rijkswaterstaat dit beheer op zich nemen. 8 9 10 28?CEMENT?8 2022 Belangrijk aspect is dat in de vrijkomende liggers nauwe- lijks tot geen beugelwapening aanwezig is, terwijl volgens de Eurocode voor nieuwe liggers een minimale beugelwapening geldt 11 Dwarsdoorsnede contactliggers met dwarsvoorspanning 12 Dwarsdoorsnede contactliggers met positie langsvoorspanning (a) en wapening (b) HIP800, HIP900 en HIP1100. De benodigde dikte van die druklaag was slechts 160 mm. Voor een deel van de viaducten zijn ook deze liggers in een statisch onbepaald systeem toegepast, gecombineerd met Preflex-liggers (fig. 9). Bij twee kunstwerken zijn de HIP-lig- gers toegepast als inhangliggers door middel van een oplegtand (foto 10). Contactliggers?Eén viaduct heeft een geheel afwijkende dekconstructie. Het gaat om een kunstwerk met vier overspanningen, waar- bij het dek is opgebouwd uit 216 statisch bepaalde contactliggers met een lengte van 14 en 16 m. Deze liggers zijn 700 mm hoog en 680 mm breed, zijn voorzien van beugelwa- pening en werden door dwarsvoorspanning met nagespannen voorspanstaven tot een dekconstructie verbonden (fig. 11, 12). Omdat dit soort liggers in die periode in een soort veldfabriek werden vervaardigd, werd ook de langsvoorspanning ? in verband met het ontbreken van de gangbare spanbank ? door naspanning met behulp van spanstaven en bijbehorende spanverankeringen in het liggereinde aangebracht. Met deze spanverankeringen moet bij de- montage nadrukkelijk rekening worden gehouden. Ze mogen op geen enkele wijze beschadigd raken of worden afgezaagd, omdat dan de voorspanning zou kunnen afnemen. Restlevensduur Uit grootschalig onderzoek van Rijkwater- staat is gebleken, dat de gemiddelde beton- druksterkte tot 104,4 MPa is toegenomen voor g eprefabriceerde betonnen liggers die vóór 1976 zijn geproduceerd (zie ook artikel 'Her- gebruik prefab T-liggers' in Cement 2022/6). In 2006 zijn er voor bijna alle hier besproken A9-viaducten nieuwe onderzoeken gedaan naar de betondruksterkte. Voor de HNP-lig- gers komt daar een overeenkomstig resul- taat uit. De HIP-liggers scoren iets lager. Om te kunnen worden hergebruikt, is voor de liggers een minimale restlevensduur van 50 jaar (beter 100 jaar) nodig. Recent is bij prefab liggers van twee kunstwerken in de A9 onderzoek gedaan naar de chloride- indringing en carbonatatie. Deze liggers blij- ken een restlevensduur van meer dan 100 jaar te rechtvaardigen, hoewel de toegepaste dekkingen kleiner zijn dan volgens de huidige norm vereist wordt. Deze bevindingen komen overeen met diverse onderzoeken bij andere prefab-beton- viaducten. In het algemeen blijkt de kwaliteit van voorgespannen prefab liggers uit de pe- riode 1965-1985 uitzonderlijk goed te zijn en de restlevensduur veel groter dan 100 jaar. Wel moet een voorbehoud worden gemaakt voor de liggerkoppen. Zolang de viaducten nog in gebruik zijn, kunnen er geen cilinders worden geboord voor onderzoek omdat de liggerkoppen daarvoor niet toegankelijk zijn. Het is aannemelijk dat er bij de liggerkop- pen die zich onder voegovergangen bevinden, minder gunstige waarnemingen worden ge- daan ten gevolge van lekkage en indringing van dooizouten. Daar waar de liggervelden continu zijn gemaakt (dus buigstijf verbon- den), zal dit een minder groot probleem zijn. Dit komt doordat deze liggerkoppen volledig zijn afgedekt met de in-situbeton van de dwarsbalk en druklaag. Wederom een uitzondering vormt het viaduct met de contactliggers. Juist de 11 12b12a CEMENT 8 2022 ?29 kwetsbare liggerkoppen waar zich kort ach- ter het betonvlak verankeringen van de langsvoorspanning bevinden, kunnen zijn aangetast als gevolg van lekkage door de voegovergangen. Dit komt overeen met be- vindingen die Rijkswaterstaat eerder bij veel viaducten met dit type contactliggers heeft moeten vaststellen. Voor het A9-viaduct zal hier op korte termijn nader onderzoek plaatsvinden. Mogelijkheden tot hergebruik Met het SBIR-project van combinatie Ligger 2.0 (zie artikel 'Hergebruik prefab T-liggers' (1) en (2)) is al veel ervaring opgedaan met het beoordelen en bepalen van constructieve aspecten van bestaande liggers. Het uit- gangspunt in dat project is dat de oorspron- kelijke druklaag van de ligger wordt verwij- derd, zodat een 'kale' ligger, type railbalk resteert. Daarbij moet worden bedacht dat het beton voor de druklaag een veel lagere sterkte heeft, gescheurde doorsneden zal hebben en zich altijd in een agressieve om- geving heeft bevonden. De restlevensduur van dit druklaagbeton zal dus niet in ver- houding staan tot de restlevensduur van de prefab ligger. Bij het hergebruik van de liggers moet ? zoals eerder aangegeven ? rekening wor- den gehouden met beschadigingen van het kopgedeelte, die zijn ontstaan bij het losma- ken van de ligger. Hierdoor zal de aanwezige kopsplijtwapening worden gereduceerd of geheel verloren gaan. Toetsing Zolang er nog geen rekenvoorschriften zijn voor hergebruik, moet de constructieve veiligheid van deze liggers voldoen aan het nieu wbouwniveau volgens de Eurocode. Belangrijk aspect daarbij is dat in een deel v an de liggers (de HNP-liggers) nauwelijks tot geen beugelwapening aanwezig is. Dit terwijl volgens de Eurocode voor nieuwe liggers een minimale beugelwapening geldt, ook als er geen berekende beugelwapening nodig is. De betreffende eis uit de Eurocode komt waarschijnlijk voort uit de behoefte aan een zekere robuustheid van de ligger, om scheurvorming door onverwachte krachtswerkingen te beperken. Om na te gaan of dit een belemmering vormt voor hergebruik, verdient het aanbeveling hier proefbelastingen op uit te voeren. Een ander aspect is dat de liggers indertijd niet op een mogelijke aanrijdbelasting zijn ontworpen. Rijkswaterstaat zet voor hergebruik van de A9-liggers nu primair in op de HIP- liggers met beugelwapening, voor toepas- sing in eigen nieuwe kunstwerken, en nodigt andere opdrachtgevers (provincies, gemeen- ten) uit om ook hergebruik van de HNP-lig- gers te gaan overwegen. Inzet liggers De eerste liggers uit de kunstwerken van de A9 worden begin 2023 geoogst door VeenIX (in samenwerking met Bnext.nl). Dit aan de hand van het oogstplan dat is opgesteld door het consortium Closing the Loop. Ze worden ingezet voor circulair viaduct Daelderweg in de A76 in Nuth (zie artikel 'Circulair tenzij', elders in dit nummer). Voor de overige lig- gers uit de A9 worden nu geschikte partijen gezocht. Inmiddels komen ook daarvoor de eerste matches in zicht. Zo heeft het project A44 voor één van de bruggen een groot aan- tal liggers nodig. Ook de provincie Noord- Holland heeft interesse getoond om diverse liggers over te nemen voor het project N201. Lessen Rijkswaterstaat heeft veel baat bij het herge- bruik van liggers. Binnen het areaal is een goede match al snel gemaakt: liggers uit een oude hoofdoverspanning zijn gemakkelijk toe te passen in de zijoverspanning van een nieuw viaduct. Rijkswaterstaat kan ook een belangrijke aanbieder zijn van herbruikbare materialen, bijvoorbeeld voor hergebruik door provincies, gemeentes en waterschap- pen. Hoe meer partijen meedoen, hoe groter de kans op een goede match. Met de huidige SBIR-projecten wordt momenteel een hoop geleerd over het her- gebruik van liggers. Dat is nuttig voor heel Rijkswaterstaat. Tegelijkertijd wordt de markt gretiger. Er is veel innovatiekracht. Daarbij moeten we af van een traditionele relatie tussen opdrachtgever en opdracht- nemer. Partijen moeten meer samen op- trekken om circulaire bruggen tot een succes te maken. ? De eerste liggers uit de kunstwerken van de A9 worden begin 2023 geoogst 30?CEMENT?8 2022