C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gConstr uc tief ont wer pcement 2003 154C o n s t r u c t i e p r i n c i p e e no n t w e r pDe geringe kruisingshoek, voort-vloeienduithetvastgesteldetrac?,was bepalend voor het ontwerp(fig. 1 en foto 2). Het viaduct iscirca 120 m lang, 18 m breed enheeft een variabele dikte van 1300tot 1475 mm. Het dek ondergaateen dubbele kromming: een hori-zontaal alignement met een straalvan 500 m en een verticaal alig-nement met een straal van 2613m. De landhoofden van dit via-duct zijn laag gefundeerd op be-tonpalen. De tussensteunpuntenzijn op palen gefundeerde pijler-wanden met ellipsvormige ope-ningen.Bijzonderisdatdetussen-steunpunten, gedwongen door deligging van de onderdoorgaandeA50, buiten het dek zijn geplaatst.Een toename van het dekopper-vlak kon hiermee worden voorko-men. Het bijzondere ontwerpbracht met zich mee dat het dekmoestwordenvoorzienvan77tondwarsvoorspanning en 197 tonlangsvoorspanning. Voor de circa3000 m3beton is gekozen voorsterkteklasse B 65. Constructiefen uitvoeringstechnisch een uit-daging voor de betrokken par-tijen.RandvoorwaardenHet Programma van Eisen voordit viaduct was erg summier. Inde ontwerpfase werd duidelijk datdoor de scherpe kruisingshoekmet de A50 (ca. 29?) een alle-daagse oplossing niet mogelijkwas. In de voorontwerpfase zijnvier varianten bekeken. We be-spreken hier de gekozen variant:een plaatviaduct met een haaksebe?indiging bij de landhoofden,voorzien van pijlerkolommennaasthetrijdekevenwijdigmetdeas van de A50. Om de belasting opdeze kolommen over te brengenis een `inwendige' dwarsdragermet `oren' nodig. De landhoofdenstaan loodrecht op de as van deMiddengaal (rijweg over de A50).De stootplaten staan haaks op hetlandhoofd. Een haakse aanslui-ting van de stootplaten was ge-wenst vanwege de te verwachtenzettingen van de terpen.Om de haalbaarheid van de con-structie te onderzoeken, is metbehulp van een EEM-programmaeen model gemaakt dat voor derelevante belastingsgevallen isdoorgerekend. Knelpunten in devorm van dwarskracht en splijt-wapening werden vooral gesigna-leerd bij de aansluiting van deoren aan het brugdek.Oplegblokken en `spelen metkrommingsdrukken'Het viaduct heeft twee hoofd-richtingen met betrekking tot dekrachtswerking, namelijk:? de lengterichting met drieoverspanningen van circa31 m, 40 m en 50 m;? de dwarsrichting bij steun-punt 2 en 3 met een overspan-ning van circa 25 m.In beide richtingen wordt voor-spanning toegepast om de belas-ting naar de steunpunten af tedragen. De afmetingen van detussensteunpunten, de oren, zijnbepaald aan de hand van de hoe-veelheid toe te passen dwarsvoor-spanning en het aantal opleg-blokken.Kunstwerk 21 in A50: viaductmet oorconstructieir. J. Stroo, Oranjewoud Mobiliteit & Infrastructuuring. F.A.M. van Gestel, Bouwdienst Rijkswaterstaat, afdeling BruggenbouwHet eerste gedeelte van de nieuwe autosnelweg 50 tussen Eindhoven en Osswordt medio 2003 in gebruik genomen. Het trac? heeft een lengte van 35kilometer met daarin 36 kunstwerken. De aanleg van het gedeelte Son enBreugel tot en met Uden heeft plaats in de jaren 2000 t.m. 2003. Op de grensvan Heeswijk-Dinther en Bernheze is medio 2002 kunstwerk 21 in gebruikgenomen: een bijzonder viaduct dat de lokale weg onder een scheve krui-singshoek over de A50 leidt.1 | Overzicht kunstwerk 21:ontwerp en constructie-principeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gCons tr uc tief ont wer pcement 2003 1 55Voor de oplegblokken is gezochtnaar de optimalisatie van hetkrachtenspel met betrekking totde inleiding van de voorspanningin combinatie met de optredendedwarskracht.Bij twee oplegblokken per steun-punt heeft de afdracht directplaats via de pijlerwand naar defundering. Oplegreacties onderpermanente belasting voor detwee blokken bedragen resp.11000 kN en 5200 kN. Het groteverschil in oplegreacties wordtveroorzaakt door de vervormin-gen van de aangrenzende velden.Bij meerdere oplegblokken persteunpunt is gezocht naar eenoptimalisatie, resulterend in 7 op-legblokken.Dehierbijoptredendeoplegreacties onder permanentebelasting liggen in de orde vangrootte van circa 1300 kN tot 3400kN. Door meer oplegblokken toete passen, kan de volledige breed-te van het oor worden gebruiktvoor de krachtsopname. Bij ver-schillende steunpunten op ??nrij, wordt een lijnondersteuningbenaderd.Ditwordtalleenbereiktalsdeoplegreactiesinalleblokkendezelfde orde van grootte hebben.Bij een lijnondersteuning zal deconcentratie van spanningenmeerverdeeldzijnoverdebreedtevan het oor.Alle blokken in de lijnondersteu-ninghebbendezelfdeafmetingenen rubberdikten. Voor het verkrij-gen van een gelijkmatige krachts-verdeling zijn slappe blokken(verticale veerstijfheid) gewenst.Aangezienhethiergaatomkleinevervormingen hebben ook de on-derbouw inclusief de palen in-vloed op de oplegreacties. In hetdefinitieve model zijn de onder-bouw van de tussensteunpunten(pijler + palen) en de oplegblok-ken als verticale veren meegeno-men (fig. 3). Foto 4 toont de opleg-gingen in de bekisting.V o o r s p a n n i n gOm de lijnondersteuning op desteunpunten te benaderen, is hetnoodzakelijk dat er geen of nau-welijksvervormingenoptredeninde constructie onder permanentebelasting (eigen gewicht, asfalt envoorspanning).De hoeveelheid voorspanning isdoor handmatig uitbalancerenbepaald aan een 2D-model: debelasting door eigen gewicht,asfalt en overige rustende belas-ting = q.De krommingsdruk als gevolgvan de voorspanning qvsp= Fvsp/R,waarbij Fvsp= de kabelkracht doorvoorspanning en R = straal voor-spanning.Door nu q en qvspaan elkaar gelijkte stellen kan de benodigde voor-spankracht Fvspworden bepaalden daarbij het aantal kabels.Hiernavolgtdecontroleofdecon-structie groot genoeg is om hetaantal kabels te bergen. Dezewerkwijze geldt zowel voor delangs- als de dwarsrichting. Bij dedwarsrichting moet echter welrekening worden gehouden metde q-last ten gevolge van de neer-waartse krommingsdruk door delangsvoorspanning. De dwars-voorspanning daarbij zodanigkiezen dat deze wordt afgestemdop de breedte van het oor.2 | Overbrugging van deautosnelweg, uitgevoerdin doorgaand-gewapendbetonfoto: Rijkswaterstaat3 | Opbouw berekenings-model inEEM-programmadekooroplegblokkenpijlerwandpijlersloofpaalconfiguratieC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gConstr uc tief ont wer pcement 2003 156Door te spelen met de ligging vande voorspanning (excentriciteiten plaats buigpunt) en met deoptredende belasting (toepassenvan sparingsbuizen in het langsteveld) kan zowel de langs ? alsdwarsvoorspanning worden ge-optimaliseerd.Resultaat van het balanceren wasdat voor de langsvoorspanning 44kabels van 31 x 15,7" en voor dedwarsvoorspanning 40 kabels van31 x 15,7" zijn toegepast.Het was niet mogelijk het viaductvolledig in balans te krijgen aan-gezienbijsteunpunt3onvoldoen-de krommingsdruk kon wordengegenereerd als gevolg van:? verloop van de voorspankrachtten gevolge van wrijving enhet wobble-effect (gemiddeldeper overspanning aangehou-den);? de verhouding van de over-spanningen (circa 30, 40 en50 m).De resultaten uit de handbereke-ning zijn verwerkt en doorgere-kend in een EEM-model. De uit-gangspunten waren:? velden van 30 en 40 m als eenisotrope plaat;? veld van 50 m als een ortho-trope plaat in verband met deaanwezigheid van de sparings-buizen;? oplegblokken op landhoofdenen tussensteunpunten als ver-ticale veren;? tussensteunpunten inclusiefpalen zijn in het model opge-nomen;? voorspanning ingevoerd alsaxiale krachten en krom-mingsdrukken.Gedurende het onderzoek is naarvoren gekomen dat in de model-lering ter plaatse van de oren eenfijnere mesh-verdeling in de ele-menten wenselijk was om deoplegblokken met verschillendeverticale veertjes te simuleren omconcentraties van spanningen teverminderen.DwarskrachtproblematiekTijdens het ontwerpproces bleekal snel dat bij de inleiding van dekrachten in het oor problemenzouden kunnen ontstaan, alsgevolg van:? dwarskracht loodrecht op deplaat uit de langs- en dwars-richting;? normaalkrachten en schuif-krachten in het vlak van deplaat;? splijtkrachten door de voor-spanning.De VBC 1995 geeft rekenregelsvoor dwarskracht en pons. Dezezijn gebaseerd op proeven, voor-namelijk uitgevoerd op balken enliggers, waaruit empirische for-mules zijn ontwikkeld. Als zo-danig zijn deze regels bedoeldvoor lineaire gevallen, waarbijdwarskracht (grotendeels) in ??nrichting wordt afgedragen. Deproeven voor pons waren voorna-melijk toegesneden op centrischbelaste pons en veel minder oprand- en hoekkolomen. Uit dezeproeven zijn waarden ontleendvoor het betonaandeel 1en voor2als maximaal toelaatbare waar-de voor het beton. In geval vandruk- of trekkracht moet hetbetonaandeel 1bij dwarskrachtresp. verhoogd of verlaagd wor-den, terwijl bij pons dit alleen ver-laagd wordt in geval van een trek-kracht.Om tot een goede afweging tekomen voor de dwarskracht, isTNO benaderd. Volgens TNOkonden twee methoden wordenbeschouwd:? de methode `Braam/De Haas'(zie Cement 1993 nr. 12) is eenveilige methode. De schuif-kracht in het vlak van de plaat,die in deze methode nietwordt beschouwd, be?nvloedtde normaalkracht niet en be-hoeft niet te worden meegeno-men in het betonaandeel 1;? de VBC-methode. Aangeziende randoplegging onder deoren vergelijkbaar is met desituatie rondom een rand-kolom, kan hier ook de pons-beschouwing gehanteerdworden.De besproken methodes zijn ont-wikkeld voor statische situaties.In gevallen waar het aandeel uitveranderlijke belastingen ? wat4 | Plaats van de opleg-blokken in de bekistingC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gCons tr uc tief ont wer pcement 2003 1 57hier niet zo is ? groot is, is hetraadzaam om het betonaandeel tereduceren. Bij de verdere uitwer-king zijn beide methodes doorge-rekend en de wapening uit deongunstigste methode is aange-houden. Bij deze wapening is,indien deze in hetzelfde gebiedlag, de wapening opgeteld dienodig is voor de splijtwapening.Dit betekende dat plaatselijk veelwapening nodig was. In eenaantal gevallen heeft dit in depraktijk geleid tot aanpassingen,omdatwapeningsconcentraties tehoog werden (foto 5).U i t v o e r i n gHet viaduct is tegelijk met vierandere kunstwerken in uitvoe-ring genomen. Met een bouwtijdvan 94 weken voor deze kunst-werken, bleek kunstwerk 21 ophet kritieke pad van de planningte liggen en daarmee bepalend tezijn voor de totale bouwtijd.OnderbouwNahetvoorbereidendewerk,werdindetweedehelftvan2000gestartmet de onderbouw. Hoewel deonderbouw als ontwerp eenvou-dig oogt, bleken hier enkele uit-voeringsaspecten de aandacht tetrekken. Uit architectonisch oog-punt, dienden de landhoofden teworden voorzien van 75 mmdiepe canelures (inkassingen inde wanden( (foto 6). Toepassingvan het juiste betonmengsel enaandacht voor het verdichten(trillen), heeft geleid tot een goedproduct. De pijlerwanden zijn indezichtvlakkencenterpenloosuit-gevoerd: dit betekende een zwarebekisting om vervormingen in destortfase te voorkomen. Dankzijeen goede voorbereiding slaagdedit onderdeel van het werk.OndersteuningsconstructiebovenbouwIn het voorjaar van 2001 werdende voorbereidingen getroffen omhet dek in productie te nemen.Doorintensiefoverlegtussenont-werpende en uitvoerende partij,waren vooraf zo veel mogelijkknelpunten boven water gehaalden kon de werkvoorbereiding hierzo goed mogelijk op inspelen.De ondersteuningsconstructiediendeeenhoogteteoverbruggenvan ca 5,5 meter en in staat te zijnzowelheteigengewichtvanbetonen bekisting als de krommings-druk door de voorspanning overte dragen naar het maaiveldni-veau. Alleen al het dek, in eendakprofiel, leverde een belastingop vari?rend van 32,5 kN/m2(bijeen hoogte van 1,3 m) tot 36,9kN/m2(bij een hoogte van 1,475m). Gekozen werd voor een Pal-torensysteem, geplaatst op stel-conplaten.Tijdens de uitvoering stuitte menbij het oostelijk landhoofd op eenveen-/leemlaag. Gekozen werdvooreengrondverbetering.Omerzeker van te zijn dat zettingen tengevolgevanbelastingophetmaai-veld tot een minimum beperktzouden blijven, is een proefbelas-ting op het maaiveld aangebracht.Hieruit kon worden geconclu-deerd dat het beoogde bekistings-ontwerp qua belastingsafdrachtkonwordentoegepast.Echtervan-5 | In aanbouw zijndewapeningsconcentratiebij de overgang van oornaar dek6 | Taludvleugel metkenmerkende caneluresfoto: Steef CroonenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gConstr uc tief ont wer pcement 2003 158uit de uitvoering werd gevreesddat het verwijderen van de onder-steuningsconstructie, gezien degrotebovenbelastingenvoorspan-ning, een probleem zou kunnenvormen. Dit bleek een ongegron-de vrees: het constructieve ont-werp was zogenoemd `gebalan-ceerd', wat inhield dat de ver-vormingen na het voorspannennagenoeg nihil zijn. De onder-steuningsconstructie is met nor-male inspanningen verwijderd.Bekisting bovenbouwNagenoeg elk bekistingsvlak vanhet dek bleek gekromd. Dit brachtveel traditioneel timmerwerk metzich mee. Bijzondere aandachtdiendetewordengeschonkenaande bekisting van de oorconstruc-tie.Dezemoestgedeeltelijkenkel-resp. dubbelgekromd worden uit-gevoerd.Tevens dienden in dit oppervlaksparingen te worden aangebrachtomspankabelsdoortevoeren.Perkopzijde van de oorconstructiewerden de spankoppen om en omblind verankerd. De spankoppenbij de niet-blinde verankeringwerden gemonteerd op glasve-zelversterkte elementen. In dezeelementen werden nadien be-schermkappen aangebracht overde spankoppen. Hierdoor kwamde positie van de voorspankabelsblijvend in beeld, een esthetischerandvoorwaarde (foto 7).Ter voorkoming van roest op despankoppen,iseencementgebon-deninjectiemortelindebescherm-kappen aangebracht.Storten en voorspannen bovenbouwNa uitvoering van een proefstort,werd op 25 september 2001 in deochtend gestart met de stort vanhet dek, ca. 3000 m3 beton, sterk-teklasse B 65. Twee stortfrontenwerd aangelegd. Een reservepompstond stand-by, maar behoefdeniet te worden ingezet. De heleoperatieisineenaaneensluitendeperiode van 28 uren volbracht.Gezien de dikte van het beton-pakket, diende zo snel mogelijkna het stort gestart te worden metde afwerking. Een afwerkploeg isingezet om het beton vochtig tehouden en zo snel mogelijk af tedekken met natte jute en isolatie.In de ochtend van 26 septemberwas het stort van het dek klaar.Binnen een week werd gedeelte-lijk (65%) voorgespannen, zodatontkisting mogelijk zou worden.Enkele weken later werd de volle-dige voorspanning aangebracht.T e n s l o t t eEind 2001 was kunstwerk 21 ge-reed. Voordat het viaduct medio2002 in gebruik werd genomen,zijn door een andere aannemerhet aanvullende grondwerk en deasfalteringswerkzaamheden uit-gevoerd.Doordeopvallendevormis het kunstwerk al vele malenonderwerp van gesprek en denodige aandacht geweest.Projectgegevensopdrachtgever:Bouwdienst Rijkswaterstaat te Tilburgconstructief ontwerp:Stercon BV te Rijswijkarchitectonisch ontwerp:Hans van Heeswijk architecten BNA,Amsterdamaannemer:W.C. van Dijk te Hardinxveld-Giessen-dam (inmiddels BAM NBM Infra).7 | Oorconstructie met aan-zicht voorspankoppenfoto: Steef Croonen