ing.W.van der KooyRijkswaterstaat, directie Sluizen en StuwenCement XXXI (1979) nr. 12Keuze voorspansystemenInleidingDe pijlersten behoeve van de stormvloedkering vormen samen ??n van de grootste projecten invoorgespannen beton, die tot nu toe in uitvoering zijn genomen. De grootte van dit project kanwat betreft de voorspanning blijken uit de volgende hoeveelheden:15,7 mm strengen FeP 1770: 15 100 ton7 mm draden FeP 1670: 1150ton36 mm staven FeP 1220: 1050 tonverankeringen met een breukkracht van 4,90 MN: 20 000 stuksverankeringen met een breukkracht van 3,26 MN: 41 000 stuksverankeringen met een breukkracht van 2,18 MN: 13000 stuksverankeringen met een breukkracht van 1,24 MN: 29 000 stuksDeze hoeveelheden voorspanstaalmoeten verwerkt worden in 'slechts' 450000 m3 beton. Demeeste constructie-onderdelen zijn dan ook in twee of drie richtingen voorgespannen doorsoms dubbel gekromde voorspanelementen, zodat hetduidelijk zal zijn datde constructeurs entekenaars vaak grote vindingrijkheid aan de dag hebben moeten leggen, om hiervan tochduidelijke werktekeningen ('spaghetti-prenten') te vervaardigen. Hieraan vooraf gaat echter dekeuze van de voor de verschillende constructie-onderdelen toe te passen voorspansystemen.SysteemkeuzeOf het nu gaat om de aanschaf van een pocketcalculator of om het in dienst nemen vanpersoneel, steeds weer zal het bij het maken van een keuze gaan om het antwoord op devolgende vragen:1. Wat wil ik hebben? (formuleren van eisen, normen en wensen)2. Wat is beschikbaar? (inventariseren van het aanbod)3. Welke hiervan voldoen aan de gestelde eisen? (selecteren op geschiktheid)4. Welke voldoet hieraan het beste? (Uiteindelijke keuze door middel van onderling vergelijkenvan de geselecteerden aan de hand van bepaal(je criteria).Indien het bovenstaande wordttoegepast op hetkiezen van eenof meerdere voorspansystemenmoeten de volgende fasen in het keuzeproces worden doorlopen:In de eerste fase moet vastgesteld worden aan welke eisen, normen en wensen de systemenmoeten voldoen. Deze eisen kunnen enerzijds voortvloeien uit het ontwerp, zoalsde benodigdebreukkracht per element in samenhang met de beschikbare ruimte voor de verankering, hetverlangde trac? van de voorspankabel (lengte en kromming). de vereiste duurzaamheid en danvooral toegespitst op de bescherming van de verankering, de voorwaarde dat de ankers eenattest van KOMO moeten hebben enz.Anderzijds zijn er ook eisen voortkomend uit de uitvoering, waarbij gedacht moet worden aaneen maximale bouwtij(j per pijler(-onderdeel) in verband met de totale bouwtijd van destormvloedkering, dit in relatie tot de personeelsbezetting en materieelinzet.Na het vaststellen van de verschillende eisen komt als tweede fase het inventariseren van dediverse op de markt zijnde voorspansystemen. Daarbij kan onderscheid gemaakt wordentussen dra(jen, strengen en staven met de bijbehorende minimale en maximale lengte, deminimalekromtestraal, de maximaal over te brengen voorspankracht, de afmetingen van deverankering en de grootte van vijzel en pomp.De derde fase wordt gevormd door het selecteren van de diverse systemen. Hierbij wordt perconstructie-onder(jeel bekeken welke systemen in principe geschikt zijn, dat wil zeggenvoldoen aan de eerder geformuleerde eisen.In (je vierde en laatste fase wordt dan de uiteindelijke beslissing genomen na een analyse van elktype voorspansysteem. Dit betekent dat voor een bepaald constructiedeel wordt onderzochtwat de consequenties in de uitvoering zijn bij toepassing van ??n van de geselecteerdesystemen. Dit gebeurt aan de hand van een aantal criteria, zoals:a. materiaalverbruik;b. materieelinzet;c. manuren;5771Dywidag spananker, klokverankering A type36C2Dywidag blindanker, klokverankering B type36CCement XXXI(1979) nr. 12d. bouwtijd;e. uniformiteit/flexibiliteit.Om ze te kunnen vergelijken zullen deze criteria alle in kosten en tijd, dus in geld uitgedruktmoeten worden. Op een aantal punten van deze analyse zal nu nader worden ingegaan, waarbijeerst een aantal mogelijke uitvoeringsmethoden de revue passeert.Toegepast op de keuze van voorspansystemen ontstaat het volgende beeld:1. Het formuleren van eisen voortkomend uit het ontwerp:? benodigde breukkrachtper element (in samenhang met ruimte voor de verankering);? verlangd trac? van de voorspanelementen (lengte, kromming);? vereiste duurzaamheid (speciaal het beschermen van de verankering);Het formuleren van eisen voortkomend uit de uitvoering:? maximale bouwtijd per pijler-onderdeel (i.v.m. totale bouwtijd);? maximum aantal manuren (i.v.m. personeelsbezetting, personeelskosten);? inzet materieel (bezettingsuren kraan, hoogwerkers enz).2. Het inventariseren van de diverse op de markt zijnde voorspansystemen:? draden met de bijbehorende minimale/maximale lengte? strengen maximale kracht? staven minimale kromtestraalgrootte van de verankeringgrootte van vijzel en pomp3. Het selecteren van de onder 2. gevonden systemen aan de hand van de onder 1. geformuleerdeeisen/wensen enz.4. Het maken van een uiteindelijke keuze na een analyse van elk type voorspanelement. Voor eenbepaald constructiedeel wordt onderzocht wat de consequenties in de uitvoering zijn bijtoepassing van ??n van de geselecteerde systemen. Dit gebeurt aan de hand van een aantalcriteria, zoals:a. materiaalverbruik - materiaalkostenb. materieelinzet - materieelkostenc. manuren -loonkostend. bouwtijde. uniformiteit- flexibiliteitOp een aantal punten van deze analyse zal nu nader worden ingegaan, waarbij allereerst eenaantal mogelijke uitvoeringsmethoden de revue passeert.UitvoeringsmethodenVoor het in het werk brengen van een voorspanelement staan verschillende mogelijkhedenopen,dieonder meer afhankelijk zijn van het toegepaste systeem.Dradensysteem1. De draden kunnen achteraf ingebrachtworden meteen kabelvlieter, waarbij het andere eind vande kabel reeds voorzien is van een ankerkop.Deze methode brengt met zich mee, datophet einde waar de vi ieter zich in hetwerk bevond, eenankerkop gemonteerd moet worden door middel van het stuiken van de draden. Orn dezebewerking mogelijk te maken moeten de draden over voldoende lengte uit het beton steken.Hiertoe moet de kabel in z'n geheel iets doorgetrokken worden, zodat de ankerkop aan deandere zijde in de verruimde omhulHngsbuis verdwijnt. Na deze bewerking moet de kabel danweer teruggeschoven worden.2. De kabel kan ingetrokken worden, terwijl deze aan beide zijden reeds vaneen ankerkop isvoorzien. Een van de ankerkoppen is hierbij zo slank uitgevoerd, dat hij doorde omhullingsbuisgetrokken kan worden.3. De kabel kan in zijn geheel, dus met omhulling, in het werk gebracht worden (prefab).Bij de methoden 2 en 3 vervallen dus het kopjes stuiken in het werk en het aanbrengen van devlieter, terwijl bij de prefab-uitvoering ook het apartaanbrengen van de kabelomhulling wordtbespaard.Daarnaastbestaatbij prefab-kabels demogelijkheid van toepassing van blindankers,waardoorper kabel het beschermen van ??n van de ankersenhet maken van ??nsparing komente vervallen. Er kan dan ook gesteld worden dat de verankeringen bij prefab-uitvoering hetgoedkoopstzijn en bij uitvoeringen met doortrekken van de ankerkop het duurst.5783Dywidag span- en niet spananker, 8-strengskabels 0 15,74Dywidag span- en nietspananker, 18-strengskabels 015,75Cona Multi span- en niet spananker,12-strengs kabels 0 15,76BBRV spananker A, 50 draden 0 7Cement XXXI (1979) nr. 12Strengensysteem1. Bij het toepassen van strengensystemen moeten, bij de prefab-uitvoering, de strengen aan despanzijde door de bekisting heen steken. Dit is een nadelig aspect, gezien het feit dat debekisting voor meerderepijlers met verschillende ligging van de voorspanning wordt ingezet.2. Het achteraf intrekken van de complete kabel, die vooraf ineen loods vanaf de door destaalleverancier geleverde coils op haspels wordt gewonden.3. Het achteraf intrekken van de complete kabel, die direct vanaf een opstelling van coils wordtingetrokken. Hierbij zijn nog twee varianten mogelijk:a.per coil ??n streng, zodat het aantal coils dat opgesteld moet worden gelijk is aan het aantalstrengen per kabel. Dit aantal kan oplopen tot 18, zodat een aanzienlijke opstelruimte nodig is:b. percoil worden meerdere strengen tegelijk (4 of6)ontwikkeld ,zodatereen kleinere opstelruim-te nodig is.4. Het streng voor streng invoeren rechtstreeks vanaf ??n coil.Deze methodevraagtweinig ruimte,maar is alleen toepasbaar bij nagenoeg horizontale kabels.StavensysteemDe staven zijn eveneens zowel van tevoren (prefab) als achteraf in te voeren. Bij het achterafinvoeren moet men er echter rekening mee houden dat vooral langere staven problemenkunnen geven, immers de staven zijn zeer gevoelig voor plaatselijke krommingen, terwijl doorhet contacttussen schroefdraad Drossbach omhullingspijp ook geen soepelegeleiding aanwe-zig is.AnalyseDe bovengenoemde uitvoeringsmethoden zullen nu stuk voorstuk doorgelicht moeten wordenaan de hand van de eerder genoemde criteria, waarbij voor de uiteindelijke keuze vooral hetverschil in kosten van belang is.579breukkracht 1,24 MNbreukkracht 2,18 MNbreukkracht 4,90 MN7BBAV spananker B, 50 draden 078BBAV blindanker F, 50 draden 0 7Cement XXXI (1979) nr. 12a. MateriaalkostenDeze zullen voornamelijk bestaan uit de kosten van de verankeringen en van het voorspanstaal,die is uitgedrukt in de grootheid breukkracht x lengte x eenheidsprijs. De volgende factorenspelen daarbij dus een rol:1. De kwaliteit van het staal, de breukspanning bij:strengen 1770N/mm2draden 1640 N/mm2staven 1220 N/mm22. De eenheidsprijs van het voorspanstaal;3. De benodigde lengte, waarbij vooral de verliespercentages voorde verschillende systemen vanbelang zijn. De voorspanstaven worden op maat geleverd, terwijl de draden op ringen aange-voerd worden, zodat bij het formeren van de kabels op een gering knipverlies (?2%) gerekendmoet worden. De strengen geven het hoogste verliespercentage (3 ? 6%), omdat voor hetspannen een overlengte noodzakelijk is. Deze bedraagt afhankelijk van de kabelzwaarte 400 ?1200 mmoBij kabels opgebouwd uit strengen moeten extra kosten in rekening worden gebracht voor hetafslijpen van de strengen na het spannen.b. MaterieelinzetHet gewicht, de afmetingen en de bediening van vijzel en de bijbehorende pomp die de diversesystemen hebben aangeboden zijn bepalend voor de hulpconstructies, waarop en waarmeemet dit materieel gemanoeuvreerd moet worden. Hoe belangrijk deze hulpconstructies bij dekeuze zijn geweest, bewijst wel het feit dat de investeringen hierin omgerekend naar het aantalspanpunten varieert van 5 tot zelfs 100% van de kosten van de verankering zelf.C. LoonkostenAfhankelijk van de uitvoeringsmethode (prefab of achteraf invoeren) en het gebruikte systeem(draden, strengen, staven) zal het aantal arbeidsgangen en daarmee de loonkosten sterkvari?ren. De bij het systeem behorende vijzel zal tevens bepalend zijn voor de grootte van despanploeg en de tijd die nodig is voor het omstellen van spanpunt naar spanpunt, alsmede despantijd.Resultaten analyseDe analyse leidde tot de volgende uitkomsten:1. Voor prefab-voorspanelementen waarvan de lengte rninderdan6 m bedraagt gaat de voorkeuruit naar het stavensysteem.2. Voor prefab-voorspanelementen, waarvan de lengte tussen 6 en 13 m ligt gaat de voorkeuruitnaar het dradensysteem.3. Bij achteraf aan te brengen voorspanelementen gaatdevoorkeuruitnaarhetstrengensysteem.4. Alle prefab uit te voeren kabels liggen in ??n stort en liggen nagenoeg alle horizontaal.5. Het gebru ik van koppelverankeringen bleek, op de staafkoppelingen na, te arbeidsintensief endus te duur, waardoorhettoepassen van verticale prefab-voorspankabels die doorgaan overdehori:lOntale stortnaden zeer beperkt moetworden.6. Het werken met grotere eenheden is goedkoper dan lichtere eenheden, al is bij de vloer omredenen van uniformiteit deze regel niet steeds consequent doorgevoerd.Toegepaste systemenDe uiteindelijke keuze is gevallen op vier systemen, die vertegenwoordigd worden door tweemaatschappijen.Dywidag M?nchen:staven 0 36a-strengs kabels 0 15,718-strengs kabels 015,7Spanstaal Utrecht:Cona Multi 12-strengs kabels 015,7 breukkracht 1,24 MNBBRV 50-strengskabels 07 breukkracht 3,26 MNEen afbeelding van de toegepaste verankeringen vindt u in de figuren 1tlm 8, waarbij tevens devorm van de sparingen is ingetekend voorzover de kabel hierop eindigt.580