C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2006 626BABC Cmatig verdichtgoed verdichtb.a.opleggingenvoegovergangIn het nieuwe trac? van RijkswegA73-zuid in midden Limburgworden veertig viaducten, onder-doorgangen en ecoductengebouwd. Hiervan zijn twintig via-ducten en vijf ecoducten ontwor-pen volgens de vormgeving beho-rende bij het integraal wegontwerpA73-zuid [1]. Vanuit het strevenvan Rijkswaterstaat naar innovatieen duurzaam bouwen, wordendeze kunstwerken waar mogelijkuitgevoerd als integraalviaductenmet voegloze overgangen op deaansluitende wegverharding.De kunstwerken in de rijkswegzijn `??nvelders' met een dek-lengte tussen 18 en 22 m, dekunstwerken over de rijksweg zijn`tweevelders' met een deklengtetussen de 40 en 60 m. Viaductenlanger dan 60 m of met een krui-singshoek kleiner dan 60? wordenmet opleggingen en voegconstruc-ties uitgevoerd.E n g i n e e r i n g & C o n s t r u c tDe kunstwerken maken onderdeeluit van E&C-contracten voor deaanleg van gehele wegvakken. Debasis voor deze contracten is deUAV '89, waarbij de omvang vanhet werk is verruimd met het com-pleteren en het technische uitwer-ken van het ontwerp. Rijkswater-staat heeft zelf de keuze voorintegraalviaducten gemaakt en heeftdit vastgelegd in de basisontwerpenbehorende bij de contracten. Deaannemer wordt verantwoordelijkvoor de uitwerking van het basisont-werp tot definitief ontwerp, de detail-engineering en de realisatie van dekunstwerken. Binnen de randvoor-waarden van het contract krijgt deaannemer ruimte om te optimalise-ren ten aanzien van afmetingen enuitvoeringsmethoden.In dit artikel wordt het concept vande integraalviaducten met voeglozeovergangen besproken dat tengrondslag heeft gelegen aan hetbasisontwerp van de integraalvia-ducten in de A73-zuid.T r a d i t i o n e e l v e r s u si n t e g r a a lIn figuur 1 is duidelijk zichtbaardat de landhoofden van een inte-graal viaduct eenvoudiger van vormzijn dan bij de traditionele opzet,met minder onderdelen en minderarbeidsgangen. Door het ontbrekenvan de dilatatie tussen dek en land-hoofden zijn geen horizontalevlakken met opstorten voor deopleggingen nodig en kunnen defrontwanden voor de bevestigingvan de voegconstructies achterwegeblijven. Hierdoor ontbreekt despleet waarin zich de afwerkingbevindt van de afspanvlakken vande voorspanwapening in het dek.Deze spleet is slecht toegankelijkvoor inspectie en onderhoud,terwijl juist hier bij lekkage van devoegconstructie het beton hetmeest wordt aangetast door regen-water, verontreinigd met dooizou-ten en vuil. Voorts kan bij de inte-graalviaducten de fundering lichterworden uitgevoerd, doordat het dekIntegraalviaducten met voeglozeovergangen in de A73-zuidir. J.M.J.F. Thijs, Rijkswaterstaat BouwdienstDuurzaam bouwen, doordacht bouwen. Een betonnen viaduct dat vakkundigis ontworpen en zorgvuldig is gebouwd, behoeft tijdens zijn functionelelevensduur weinig onderhoud. Vanuit de lifecycle cost benadering is er steedsmeer aandacht voor integraalbruggen, waarbij het dek en de landhoofdenzonder opleggingen en dilatatievoegen met elkaar zijn verbonden. Indienhierbij ook nog voegloze overgangen naar de weg worden toegepast, ont-staat een onderhoudsarm kunstwerk. Bijkomende voordelen zijn: meer rij-comfort voor de weggebruiker en minder verkeerslawaai voor de omgeving.Integraalconstructies met voegloze overgangen vormen dan ook een uitda-ging voor ontwerper en constructeur.1 |Traditioneel viaduct metvoegen (a) en integraalviaduct zonder voegen(b)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenb ou wcement 2006 6 27als stempel tussen beide landhoof-den fungeert.C o n s t r u c t i e f o n t w e r pDe integraalviaducten met voeglozeovergangen volgens figuur 1bbestaan uit de volgende onderdelen:? een betonnen portaalconstructie,waarbij het dek en de onderbouwmonoliet zijn verbonden (A);? aan beide zijden een horizontaalgekoppelde stootvloer als over-brugging tussen dek en wegli-chaam (B);? aan beide zijden een glasvezel-gewapende flexibele voeglozeovergangsconstructie van asfalt-beton (C).De laaggefundeerde landhoofdenen het middensteunpunt zijngefundeerd op palen. De kop-wanden zijn relatief dun en daar-door buigslap, waardoor de ver-vormingen van het rijdek slechtsbeperkt worden doorgegeven aande fundering. In het midden ishet dek verdikt met een voutevoor de lastinleiding in dekolommen en voor meer con-structiehoogte ter plaatse van hetsteunpuntsmoment. Het dekwordt ter plaatse gestort en navoldoende verharding voorge-spannen. De grondkerendewanden naast het viaduct staanlos van de hoofddraagconstructievan het viaduct om verschillen inhorizontale vervorming mogelijkte maken.O n d e r g r o n dDe bodemgesteldheid over hetgehele trac? van rijksweg A73-zuid is te karakteriseren alsweinig zettingsgevoelig. Op 12 ?18 m onder maaiveld is een zeerdraagkrachtige laag van grofgrind aanwezig, de grondlagendaarboven bestaan uit zand metafwisselend zandige klei, silt ofleemlagen. Slappe lagen metenige dikte van betekenis komennauwelijks voor. Bij het grond-mechanisch onderzoek voor de2 |Voegloos viaducta. integrale constructieb. buigslappe wandenc. losstaande keer-wandend. verticale dilatatie tus-sen keerwand en viaducte. taludafwerking meteco-zuilenf. voute boven dekolommeng. opbouw integraleconstructieh. inpassing in het land-schap en constructiefontwerp op elkaarafgestemdEen van de wezenlijke elementen in het integraal wegont-werp voor de Rijksweg A73-zuid is de bomenrij die aan??n zijde de snelweg begeleidt. Het asymmetrische weg-beeld dat hierdoor ontstaat, komt terug in de vorm van deviaducten. Aan de zijde van de bomen wordt voor debe?indiging van de grondlichamen een verticale wandtoegepast, aan de andere zijde een talud. Ranke kolom-men zonder oplegbalken moeten voldoende doorzichtdoor de middenondersteuning bieden. De randen van hetdek zijn afgeschuind, zodat het dek in aanzicht slankeroogt. De grondkerende wand wordt opgebouwd uit gepre-fabriceerde betonnen panelen en afdeklijsten. Voor de terplaatse gestorte hoofddraagconstructie wordt een voorzet-wand geplaatst. Het talud wordt afgewerkt met betonnen'eco'-zuilen. De stalen leuning heeft geen opvallendehoofdstijlen en neigt iets naar binnen onder dezelfde hoekals de afschuining van de randelementen van het dek.Veel aandacht is besteed aan een zorgvuldige detailleringvoor een goede onderhoudbaarheid en een lange levens-duur.abcdefhgA r c h i t e c t o n i s c h e v o r m g e v i n gC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2006 628d(T)K*K0deka. b. c. d.H /2H /2toenamedoor d(T)viaducten zijn naast de gebruike-lijke sonderingen en boringenook de eigenschappen van degrondlagen tot 4 ? 6 m onder hetniveau van de funderingsslovenonderzocht. Op grondmonsterszijn in het laboratorium triaxiaal-en samendrukkingsproeven uit-gevoerd om de parameters , en c van de grond te bepalen. Opbasis hiervan zijn voor elk kunst-werk per grondlaag de horizon-tale beddingsconstanten voor defunderingssloof en funderings-palen bepaald, rekening houdendmet de hart-op-hartafstand vande palen, het zogenoemdegroepseffect.S t a t i s c h o n b e p a a l d ec o n s t r u c t i eDe berekening van de integraal-constructie is veel complexer enbewerkelijker dan van een apartdek met vrijstaande onderbouw.De betonnen hoofddraagconstruc-tie dient te worden geschemati-seerd als een statisch onbepaaldportaal, waarbij de wanden, desloven en de palen horizontaalverend zijn gesteund. De normaal-krachtvervorming in de dubbelepalenrijen en de vervormingenvan het grondpakket onder depaalpunten bepalen de mate vaninklemming van de wanden enkolommen. De buigstijfheid vanwanden en paalkoppen neemtlokaal af ten gevolge van scheur-vorming. Dit betekent dat hand-matig enkele iteratieslagen onver-mijdelijk zijn, alvorens de juistestijfheidsverhoudingen te verkrij-gen. Omdat de constructie slankis, moet rekening worden gehou-den met een hoog wapeningsper-centage. Beperking van de scheur-wijdte is veelal maatgevend.V e r l e n g e n e n v e r k o r t e nDe vervormingen van het dek zijnafhankelijk van de samenstellingvan het beton, de afmetingen vande constructie, het niveau vanvoorspanning en de buitencondi-ties. Uit tabel 1 blijkt dat de maxi-male verkorting van het betonnendek volgens de figuren 1a en 1bongeveer 1,1 ofwel 1,1 mm perm dek bedraagt. Hiervan treedtcirca 50% op tijdens het bouwen,nog voordat de stootvloeren en devoegloze overgang zijn aange-bracht. Circa 25% treedt op in deloop van de tijd en circa 25% volgtde jaarlijkse cycli van de tempera-tuurvariaties over de seizoenen.Hierbij volgt het betonnen dek,door zijn warmtecapaciteit ver-traagd en afgezwakt, de maximalebuitentemperaturen in de zomeren de winter. Voor de bepaling vande horizontale beweging d(T) perlandhoofdzijde is in tabel 1 uitge-gaan van een gemiddelde tempe-ratuur over de hoogte van hetbrugdek van -15 ?C < T < 35 ?Cvolgens NEN 6723: VoorschriftenBeton Bruggen.V e r h o o g d e g r o n d d r u k k e nDoor de cyclische beweging d(T)in combinatie met de trillingenten gevolge van het verkeer, treedtin de aanvulgrond achter dewanden van de landhoofden eenvoortschrijdende verdichting op(fig. 3). Telkens als het dek in dewinter verkort, vult de aanvul-grond de holle ruimten; in dezomer zal de verlenging van hetdek de aanvulgrond achter dewanden verder samendrukken. Bijdeze wisselende ont- en opspan-ning vari?ren telkens de grootte enrichting van de hoofdspanningenkrimp door verharding van het beton: - 0,10 x 10-?krimp door uitdroging van het beton: - 0,10 x 10-?krimp door afkoeling na het storten: - 0,15 x 10-?verkorting door voorspanning: - 0,20 x 10-?verkorting door kruip na voorspanning: - 0,25 x 10-?totaal (voor t ): - 0,80 x 10-?lengteverandering door T = ? 25 ?C: ? 0,30 x 10-?Temperatuurinterval tussen zomer en winter:maximale etmaalgemiddelden NEN 6723: - 15 ?C < T < + 35 ?Caanname temperatuur tijdens uitvoering: T = + 10 ?COrde van grootte van vervormingen van het dek:voor een dek met L = 20 m: L totaal = - 16 mm ? 6 mm door Tvoor een dek met L = 40 m: L totaal = - 32 mm ? 12 mm door Tvoor een dek met L = 60 m: L totaal = - 48 mm ? 18 mm door Tuit 2D - raamwerkberekening volgt verdeling d(T) over de landhoofden;met tabel 2 kunnen de gronddrukken op de wanden worden vastgesteld.3 |Opbouw gronddrukachter landhoofda. eindsteunpuntb. horizontale vervor-mingc. gronddrukco?ffici?n-ten K0en K*d. horizontale gronddruk(NB zonder invloedbovenbelasting)Tabel 1 | Vervormingen voorgespannen dek van figuur 1C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenb ou wcement 2006 6 29omwikkeling roestvast stalen kabelspolyamide + denso-band + krimpkousaanstortingafspanvlakvoorspankoppenspiraalwapeningsplijtwapeningniet getekendvoorspankabelsomhullingsbuisroestvast stalen kabelglasvezelwapeningsnetoplegmateriaalstootvloerdekconstructiewandconstructiedensit-foamconsoleHDPE-foliewerkvloerin het aanvulmateriaal en kunnende korrels zich herschikken. Ditmechanisme is uitgebreidbeschreven in [2].De grootte van de horizontalegronddruk is afhankelijk van deverhouding tussen de tempera-tuurbeweging d(T) en de hoogteH van de wand en van de eigen-schappen , en van het aanvul-materiaal. De gemobiliseerdegronddrukco?ffici?nt K*kanworden berekend volgens [3]. Uittabel 2 blijkt dat op deze wijze eenhorizontale gronddruk kanworden opgebouwd, die meer daneen derde van de passieve grond-druk kan bedragen. Dit geeft eengrote horizontale afschuiving vande wand en de palen, die in com-binatie met buiging kritisch kanworden. De verdichting van degrond achter het landhoofd gaatgepaard met het nazakken van degrond in de wig direct achter dewand. Daarom dienen stootvloe-ren van ten minste 5 m lang teworden toegepast om deze wiggrond te overbruggen.D e k e n s t o o t v l o e rg e k o p p e l dIn figuur 4 is te zien dat de knooptussen wand, dek en oplegconsolevoor de stootvloeren zoveel moge-lijk uit elkaar is getrokken omruimte te maken voor de splijtwa-pening (niet getekend) achter despankoppen. Door het afspanvlakvan de voorspankoppen zijn RVS-kabels 26 mm aangebracht,1 x 19 draden, kwaliteit AISI 316,die de stootvloer horizontaal methet brugdek verbinden. Over eenlengte van 600 mm zijn de kabelsomkleed met polyamide enomwikkeld met Densoband in eenbeschermende kunststof krimp-kous. Hierdoor hebben ze vol-doende speelruimte om zondergrote spanningen de rotatie van destootvloer door zettingen van hetweglichaam te kunnen volgen. Dekabels zijn zo hoog mogelijk in destootvloer aangebracht om descheurvorming naar de asfaltver-harding door de gaping tengevolge van rotatie te minimalise-ren. Ten einde doorgroei van even-tuele scheuren naar de oppervlaktete voorkomen, is tussen de asfalt-lagen boven de oplegging van destootvloer een glasvezel-wape-ningsnet opgenomen. Vanaf destootvloer kan met toenemendelaagdikte de overgangsverhardingworden opgebouwd (fig. 5).V o e g l o z e o v e r g a n gDe voegloze overgang [4] is zogedimensioneerd dat de horizon-K* = K0+ {d(T) / 0,03H}0.6x Kp[2, 3] waarin:K0is de neutrale gronddruk = (1 - sin) K0= 0,46 voor = 32,5?;K0= 0,39 voor = 37,5?;KPis de passieve gronddruk, afhankelijk van wrijving tussen wand en aanvulmate-riaal ();d(T) is de horizontale verplaatsing tussen winter en zomer ter plaatse van de land-hoofden;H is de afstand van onderkant stootplaat tot bovenkant funderingssloof, indiend(T) ~ 0d(T) H d(T)/H = 0 = -?/3 = -?/2 = -?/3(mm) (mm) ( - ) = 32,5? KP3,32 4,74 5,76 7,156 6000 0,001 K* 0,89 1,08 1,21 1,3912 6000 0,002 K* 1,12 1,40 1,60 1,8718 6000 0,003 K* 1,30 1,65 1,91 2,26d(T) H d(T)/H = 0 = -?/3 = -?/2 = -?/3(mm) (mm) ( - ) = 37,5? KP4,11 6,59 7,94 9,346 6000 0,001 K* 0,93 1,25 1,42 1,6112 6000 0,002 K* 1,20 1,69 1,96 2,2318 6000 0,003 K* 1,42 2,05 2,39 2,74NB: een te lage aanname voor en in de ontwerpfase leidt tot een onderschattingvan K*4 |Koppeling stootvloer aandekTabel 2 | Toename horizontale gronddrukco?ffici?nt K* achter landhoofdenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2006 630tale bewegingen van de stootvloe-ren op een gecontroleerde wijzeworden omgezet in rekken in deovergangsverharding. Deze bestaatuit (van onder naar boven infiguur 5) een bitumineuze glijlaag,een aantal lagen flexibel enextreem taai Thermifalt en eenaantal lagen regulier polymeer-gemodificeerd asfalt (PMA). Hier-over wordt de deklaag van dichtasfaltbeton (DAB) of van enkel- oftweelaags zeer open asfaltbeton(ZOAB) van het aansluitendewegdek aangebracht.De lagen Thermifalt en ten minstede onderste laag PMA worden elkafgewerkt met een glasvezel-wape-ningsnet, voorzien van een zelfkle-vende polymeercoating. Deze glas-vezelwapening leidt detrekkrachten in en voorkomt door-groei van scheuren in de ondersteflexibele laag naar boven. Debovenste laag PMA wordt over hetdek van het viaduct doorgetrokkenen vormt met de bitumineuze glij-laag de benodigde waterdichteafwerking van het betonnen dek.Het benodigde aantal lagen asfalten glasvezelwapening in de over-gangsverharding is afhankelijkvan de grootte van de verplaatsin-gen d(T) en daarmee van delengte van het dek. De horizontalevervormingen in de voegloze over-gang concentreren zich in de flexi-bele onderlagen aan de uiteindenvan de stootvloeren en wordennaar de bovengelegen lagen steedsmeer gespreid. De polymeer-gemodificeerde bovenlagen zijnvoldoende stabiel om spoorvor-ming in de deklaag te beperken.O n t w e r p l e v e n s d u u rv o e g l o z e o v e r g a n gViaducten worden in Nederlandontworpen voor een levensduurvan 80 ? 100 jaar. De economischelevensduur blijkt meestal minder,gemiddeld 40 ? 50 jaar. Indien devoegloze overgangsconstructieongeveer vijftig jaar onderhouds-vrij kan blijven functioneren, is dekans groot dat deze gedurende delevensduur van het viaduct niet ofslechts ??nmaal hoeft te wordengereconstrueerd. Dit stelt hogeeisen aan de weerstand tegenscheur- en spoorvorming. Qualevensduur hoort de voeglozeasfaltbetonnen overgangsconstruc-tie daarom bij het kunstwerk enniet bij de weg. Omdat bij rijkswe-gen elke tien ? vijftien jaar dedeklaag van het asfaltbetonnenwegdek wordt vernieuwd, maaktde deklaag geen deel uit van devoegloze overgangsconstructie.I n t e g r a a l o n t w e r p e nBij het ontwerp van integraalcon-structies met voegloze overgangendienen alle onderdelen op elkaarte worden afgestemd: de statischonbepaalde hoofddraagconstruc-tie, de koppeling tussen dek enstootvloeren en de opbouw enafmetingen van de overgangscon-structie naar de wegverharding.Inzicht in de eigenschappen vande ondergrond en het gedrag vanhet aanvulmateriaal achter delandhoofden onder invloed vancyclische temperatuurbewegingenis onontbeerlijk om een verkeerdedimensionering te voorkomen.Halfslachtige oplossingen kunnenleiden tot schadegevallen, die hetvoegloos bouwen onnodig in eennegatief daglicht stellen. nL i t e r a t u u r1. Thijs, J.M.J.F., P.P.E. Winter-mans, C.A.M. van der Velden,Integraal wegontwerp envormgeving kunstwerkenRijksweg A73-zuid. Cement2006, nr. 6.2. England, G.L., N.C.M. Tsangand D.I. Bush, Integralbridges. A fundamentalapproach to the time-tempera-ture loading problem. ThomasTelford Ltd, 2000.3. The design of integral bridges.Volume 1, section 3, part 12:BA 42/96 Amendment 1, May2003. Design manual for roadsand bridges. The HighwaysAgency. U.K.4. Thijs, J.M.J.F., W.T. van Bijs-terveld, W.A. de Bruijn, A.H.de Bondt, Voegloze overgan-gen van asfaltbeton voor inte-graalbruggen. Cement 2006,nr. 6.5 |Principe voegloze over-gang naar asfaltwegver-hardingmax. 15mintegraal stootvloer verankering asfaltweg-min. 5m min. 5m10m (praktisch)dek-stootvloerkoppeling funderingslaagzandlichaamaansluitingtrapsgewijsbrugdek verhardingovergangsverhardingtussenlagen: PMAonderlagen: Thermifaltmembraan/glijlaagglasvezelwapeningsnettenPMAdeklaagdoortrekkendeklaagwerkvloer: grindasfaltbetongestabiliseerd zand