Kunstwerken Meerhoven1201066KunstwerkenMeerhovenDe wijk Meerhoven is de nieuwste grote stadsuitbrei-ding in Eindhoven. Voor de ontsluitingswegen isgekozen voor ongelijkvloerse kruisingen. Metgeavanceerde technologie, kennis van materiaal enuitvoering zijn twee prachtige kunstwerkengebouwd: het viaduct `Spottershill' en de onderdoor-gang `Oersebaan'. Dit artikel geeft een impressie vande vormgeving en het constructief ontwerp.Kunstwerken Meerhoven 12010 67ir. Han Zegers,ing. Marcel Somers PMSE,ing. Helen Meulendijks PMSE ening. Stefan Schoenmakers MSEng1)Wagemaker1 De kolommen en de randelementen van hetviaduct Spottershill zijn bekleed met RVSfoto: htjbakker.nl1) ing. Stefan Schoenmakers won met het project Spottershill de ENCI Studieprijs2009 in de categorie `Master of Structural Engineering van de Betonvereniging'.Deze prijs werd uitgereikt tijdens de Betondag 2009 op 19 november.1compleet verschillend esthetisch beeld op. Overige variantenten aanzien van bijvoorbeeld de bouwmethode enz. waren opvoorhand niet kansrijk gezien de gestelde randvoorwaarden.De gemeente heeft, op basis van constructie en vormgeving inrelatie tot het beschikbare budget, gekozen voor de derdevariant, met kolommen onder een hoek van 60?.Constructief ontwerpDe kolommen worden onder een hoek van 60? in langsrichtingen 85?in dwarsrichting geplaatst. De scheefstand van de kolom-men levert een esthetisch fraai beeld op. Maar naarmate destand van de kolommen schever wordt, nemen de krachten opde onderbouw en de momenten in de kolom toe. Gezocht isnaar een `optimum' zodat een technisch gezonde en economi-sche constructie wordt verkregen, die een slank beeld oplevert.Voor het verfraaien van de uitstraling zijn de kolommen voor-zien van een RVS bekleding. De RVS-buis is gebruikt als verlo-ren bekisting. Daarnaast heeft de bekleding de functie dat deDe ontwerpwerkzaamheden voor de kunstwerken zijngestart halverwege 2004. Met de bouw is begonnen in2005, het werk werd opgeleverd in 2007. Bij de aanbeste-ding van het dienstenbestek heeft de gemeente gekozenom niet te selecteren op laagste prijs maar op een combi-natie van kwaliteit en prijs. Voor het uitwerken van hetontwerp, detaillering, bestek en kostenraming kwamWagemaker met Zwarts & Jansma architecten als besteuit de bus.`Spottershill'Het viaduct Spottershill is gesitueerd tussen twee heuvels.Vanaf de Spottershill heeft men direct uitzicht over het naastge-legen terrein voor zweefvliegtuigen. Hieraan ontleent hetviaduct dan ook zijn naam. De ontsluitingswegen in de nieuwewijk zijn ??nrichtingsverkeerwegen met ongelijkvloerse krui-singen. Spottershill volgt de horizontale en verticale boogstra-len van het wegontwerp dat is vastgelegd in het verkeerskundigontwerp. Het viaduct heeft als gevolg hiervan ook een horizon-tale en verticale kromming. De constructie bestaat uit eenvoorgespannen dekconstructie met in totaal drie overspannin-gen. De tussensteunpunten vormen een springwerk.Schetsontwerp en alternatievenstudieHet schetsontwerp is in nauwe samenwerking tussen architecten constructeur tot stand gekomen. Door de gemeente zijneisen gesteld aan vormgeving en transparantie, zoals puntvor-mige ondersteuningen, optimale slankheid van het dek en eentotale lengte van ongeveer 42 m. Daarnaast zijn eisen gesteldaan de duurzaamheid van de constructie.Mede doordat de onderdoorgaande weg in de bouwfase mochtworden afgesloten, is gekozen voor een in het werk voorge-spannen betonnen dek. Er is gekozen om het dek in dwarsrich-ting te verjongen. Dit resulteert in een slankere rand waardoorhet gehele viaduct optisch slanker lijkt.De voegen zijn in aantal tot het noodzakelijke beperkt. Deleuning en randconstructie zijn uitgevoerd in roestvast staal.Hierdoor kan een conservering achterwege blijven. Het RVSheeft een fraai uiterlijk en zorgt voor minder vervuiling in detoekomst. De keuzes resulteren in een duurzaam en onder-houdsvriendelijk ontwerp.Tijdens het schetsontwerp zijn uiteindelijk drie variantenbedacht en uitgewerkt, met een afwijkende scheefstand van dekolommen:? verticale kolommen? kolommen onder een hoek van 45?? kolommen onder een hoek van 60?Het vari?ren met de scheefstand van de kolommen levert eenKunstwerken Meerhoven1201068len ontstaat een trekverbinding waardoor een beheersbaarontwerp ontstaat.De totale constructie (dekconstructie, onderbouw en paalfun-datie) is gemodelleerd in een 2D-raamwerkberekening inESAPrimaWin. In deze iteratieve berekening zijn onder anderede hierna genoemde variabelen meegenomen. Deze hebbenalle invloed op de krachtsverdeling in de gehele constructie:? gedrag van de fundering (horizontale beddingconstante enverticale veerstijfheid);? stijfheid van de kolommen;? stijfheid van de koppelplaat (verbinding tussen de poeren vande kolommen);? krimp en kruip van de dekconstructie (voorgespannen plaat);? hoeveelheid voorspanning;? voorspanverloop.De verbinding van de kolom aan het dek is een kritisch punt inde constructie. In de bruikbaarheidsgrenstoestand is de voor-spanning zo bepaald dat de kromming ten gevolge van heteigen gewicht, asfalt en voorspanning boven het tussensteun-punt tot nul nadert (M 0). Hiertoe is de voorspanning meteen derdegraads voorspanverloop iteratief berekend tot aandeze randvoorwaarde is voldaan. Door deze voorspanningontstaan op andere plaatsen ongewenste trekspanningen. Omdeze trekspanningen te compenseren is ook een centrischevoorspanning aangebracht.De voorspanning voor de dekconstructie is uitgewerkt in hetprogramma ALP2000. De stijfheden van een aantal onderdelen(onder andere de kolommen en de kolomkop) zijn met behulpvan M-N--diagrammen bepaald. De horizontale beddingcon-stanten zijn iteratief vastgesteld op basis van de belastingen op depaalfundatie met behulp van een aantal Msheet-berekeningen.Het complete rekenschema staat in figuur 2.`Oersebaan'De onderdoorgang Oersebaan is gesitueerd in het zandlichaamvan de overgaande weg. De kruisingshoek tussen deze over-gaande en onderdoorgaande weg bedraagt circa 80 gon.Belangrijkste eis vanuit de gemeente was een slank aanzichtvoor het onderdoorgaande verkeer, een strak uiterlijk en eenfraaie randafwerking.De constructie bestaat uit een betonnen `tunnelconstructie' meteen open en een gesloten gedeelte. Gezocht is naar een opti-male doorsnijding van het zandlichaam.Schetsontwerp en alternatievenDoor de aangereikte referentiebeelden lag de globale vormge-met beton gevulde kolom niet op scheurwijdte hoeft te wordengetoetst. Hierdoor kan met minder wapening worden volstaan.Naast de kolommen zijn ook de randelementen en de leuningvan de dekconstructie gemaakt van RVS. De driedimensionaalverlopende leuning was een uitdaging voor de staalleverancier.De leuning sluit aan bij de toegepaste leuning van enkele kunst-werken in de nabijgelegen omgeving binnen Meerhoven. Dezekunstwerken zijn in het verleden ook ontworpen door Wage-maker en Zwarts & Jansma.Schematisatie en krachtsverdelingDoordat de kolommen onder een hoek zijn geplaatst in plaatsvan verticaal, wijzigt de krachtswerking van de kolommen vaneen op normaalkracht belast element naar een op buigingbelast element. Dit heeft gevolgen voor de stijfheid van deconstructie. De kolom heeft een diameter van 800 mm en isvoorzien van 25 ?32. Deze grote hoeveelheid wapening resul-teert in een kleine staafafstand. Om stortproblemen in deuitvoering te voorkomen is gekozen voor een aangepastmengsel met een maximale korreldiameter van 16 mm.De scheefstand van de kolommen geeft spatkrachten op defundering. Om de scheefstand van 60? te realiseren zijn dekolommen van de tussensteunpunten momentvast verbondenmet de dekconstructie (in plaats van een traditionele opleggingmet een oplegblok). Verder heeft de horizontale stijfheid van depoer invloed op de momentenverdeling in het dek. Door depoeren van de tussensteunpunten onder het maaiveld te koppe-1 2schematisatierijdekkolom kolompaalfunderingkoppelplaat3 41 2 3 4schematisatie2a2bKunstwerken Meerhoven 12010 692 Spottershill: schematisatie van constructie tot rekenmodel3 Onderdoorgang Oersebaan: in het zandlichaam is een`appelboorvormige'doorsnijding gemaaktvoorstelling te kunnen maken van de constructie, is een3D-tekenmodel in AutoCAD uitgewerkt. Op deze manier is inhet trapeziumvormige zandlichaam een `appelboorvormige'doorsnijding gemaakt. Om het rechthoekige PVR passend tekrijgen in de beschikbare hoogte van het zandlichaam is deronde vorm omgewerkt in een ellipsachtige vorm bestaande uitdrie op elkaar aansluitende cirkelbogen.Het 3D-model verschafte veel inzicht over de snijlijnen tussenhet grondlichaam en de onderdoorgang. Het model heeftgediend als basis voor het uitwerken van het detailontwerp.Er zijn verschillende alternatieven uitgewerkt met verschillendeconstructieprincipes. De drie alternatieven voor de onderdoor-gang zijn:? stalen variant;? prefab betonnen variant;? in het werk gestorte variant.De gemeente heeft vanwege de esthetica gekozen voor delaatste variant.ving van het kunstwerk al voor een groot gedeelte vast. Degemeente heeft aangegeven dat de vormgeving moet aansluitenbij kunstwerk 5 van `Flight Forum'. Tevens is door de gemeenteeen referentiebeeld van Wildwissel Terlet in de A50 bijgesloten.De architect omschreef de uiteindelijke vormgeving als volgt: "dearchitectonische visie van het kunstwerk komt overeen met appel-boor door een appel, een strakke doorgang door een talud" (foto 3).Naast dit esthetische aspect is bij de vormgeving rekeninggehouden met het profiel van vrije ruimte van de onderdoor-gaande weg. Op basis van het benodigde PVR (met afmetingenb x h = 5620 x 4700 mm) en het verticale alignement van deovergaande weg is gezocht naar de optimale vorm voor dedoorsnijding van het talud.De dwarsdoorsnede is opgebouwd uit twee delen met elk eenconstante boogstraal (fig. 4). Hiervoor is gekozen onder anderein verband met de uitwerking van de bekisting.Gezien de ronde vorm van de dwarsdoorsnede en het feit datde kruisingshoek 80 gon bedraagt, resulteert dit in een lastigeruimtelijke vorm van de betonnen constructie. Om de juiste3Kunstwerken Meerhoven12010704 De dwarsdoorsnede is opgebouwd uit tweedelen met elk een constante boogstraal5 De krachtswerking op de fundering is voor beidegedeeltes tegengesteld gericht6 De tandverbinding tussen beide wanden moetde krachtsverdeling kunnen opnemen7 Detaillering van het randdetailDe wanden van beide gedeeltes zijn wel gedilateerd. De wandenvan het gesloten gedeelte zullen een andere verplaatsing hebbenonder invloed van de belasting dan die van het open gedeelte.De horizontale verplaatsing van het open gedeelte zal onderinvloed van de horizontale grondbelasting meer naar binnenbewegen. De kans bestaat, door verschillende vervormingen,dat de wanden van het open en gesloten gedeelte na verloopvan tijd niet meer in ??n vlak liggen. De aansluiting van deverschillende gedeelten moet zo worden ontworpen dat ditwordt voorkomen.Voor de koppeling is gekozen voor een tandverbinding tussenbeide wanden. Hierdoor wordt het verschil in vervormingentussen beide gedeeltes verhinderd. Deze verbinding moet dekrachtsverdeling kunnen opnemen (fig. 6).RanddetailDe onderdoorgang (zichtzijde) is afgewerkt met een stalen RVSrand. Het snijvlak tussen het talud en betonvorm zou een zeerscherpe hoek van het beton opleveren. Dit is niet te realiseren.De functies van deze rand zijn:? vergroting van de esthetische uitstraling van de onderdoorgang;? opsluiting grond- en grondwater;? weerstand bieden aan belastingen door grond, mensen envandalisme.Belangrijke aandachtspunten tijdens het ontwerpproces van ditranddetail waren enerzijds de verschillende bevestigingen vande staalconstructie. Anderzijds was het van belang dat er geendiscontinu?teiten tussen de betonvorm en stalen rand zoudenoptreden. Tijdens het ontwerp is verder veel aandacht besteedaan de maakbaarheid van het detail.De stalen constructie bestaat uit een manchet en een rand. Demanchet loopt in het verlengde van de onderdoorgang en derand is onder een hoek geplaatst om te zorgen dat er geengrond in de onderdoorgang valt.In de rand worden zogenaamde `stekels' gemaakt die zorgenvoor de stijfheid. De rand wordt opgedeeld in stukken van 3 m.Hiertussen komt een dilatatie, die de vervorming ten gevolgevan temperatuur op kan vangen. In figuur 7 is de constructieweergegeven.Constructief ontwerpOmdat de hoogte van het zandlichaam boven de boog mini-maal is, is het niet mogelijk de grond constructief te benutten.Hieruit volgt dat de volledige sterkte door de betonnen door-snede moet worden geleverd.Schematisatie en krachtsverdelingHet kunstwerk kan worden verdeeld in een open en geslotengedeelte. De overgang tussen open en gesloten wordt uitge-voerd met een dilatatie in de wanden. Het open en het geslotengedeelte hebben een totaal verschillende krachtswerking: dekrachtswerking en verplaatsing op de fundering ten gevolgevan de permanente belasting is voor beide gedeeltes tegenge-steld gericht en verschillend in grootte (fig. 5).Door de funderingssloven van de beide gedeelten in langsrich-ting te koppelen, wordt het effect van de tegengestelde verplaat-sing opgeheven. Door de koppeling in langsrichting kan desloof worden gezien als een ligger waarbij de flankwapeningvan de sloof moet worden berekend als buigtrekwapening. Desloven worden dus niet gedilateerd.tangentC B25.890+ NAP147427293836askunstwerk14073158geslotengedeeltebijwanddikte=850140730053906797R=315220.280+ NAP137520129516875R=1100045Kunstwerken Meerhoven 12010 71OersebaanIn de detailberekening voor Oersebaan is de wapening voor deverschillende onderdelen verder uitgewerkt. Aandachtspunthierbij was de wapening voor de wanden. Er is rekening gehou-den met twee verschillende aspecten. Het eerste aspect is wape-ning in verband met verhinderde krimpvervorming. Daarnaastontstaan er `spatkrachten' in de schaalconstructie onder invloedvan de krachtsverdeling in de constructie. Deze spatkrachtenworden veroorzaakt door de verlopende schaalbreedte (hethoogste gedeelte is smaller dan de verbinding ter plaatse van defundatiesloof). Verder is de tandconstructie uitgewerkt voorhet oplegdetail tussen de wanden van het open en geslotengedeelte.De gestelde eisen ten aanzien van vlakheid aan het betonopper-vlak (zichtzijde) hebben geleid tot een uitdaging voor deuitwerking van de bekisting. Het resultaat van een optimalebegeleiding tijdens het ontwerp van de bekistingsconstructiewas een minimale hoeveelheid toe te passen centerpennen.Tot slotDoor in alle fasen van het ontwerpproces rekening te houdenmet de uiteindelijke uitvoering, zijn tijdens deze uitvoeringsfasegeen onverwachte problemen meer aan het licht gekomen. Bijhet uitwerken van de uitvoeringstekeningen is ook ter dege reke-ning gehouden met de praktische uitvoerbaarheid. Het gevolghiervan was dat tijdens de uitvoering nauwelijks vragen zijngekomen van de uitvoerende partij. De gemeente Eindhovenmag trots zijn dat de kunstwerken Spottershill en Oersebaan deeluitmaken van de infrastructuur in de wijk Meerhoven. FundatieDe ondergrond bij Eindhoven kent een gevarieerde opbouw.Afwisselend komen zand, leem, klei en gemengde lagen voor.Ook ter plaatse van deze kunstwerken is de ondergrond gevari-eerd en gelaagd van opbouw. Een fundering op staal is onder-zocht. Er zouden daarbij echter ongewenste krachten kunnenoptreden als gevolg van zettingen. Daarom is bij beide kunst-werken gekozen voor een fundering op palen.In de ondergrond komen enkele lagen voor met een zeer hogeconusweerstand. Om problemen te voorkomen met zwaarheiwerk van prefab palen is gekozen voor buisschroefpalen.Deze palen hebben een realtief lage momentcapaciteit. Daaromzijn de spatkrachten op de fundering van beide kunstwerkenzoveel mogelijk beperkt.UitvoeringsfaseHet detailontwerp, bestaande uit de detailberekeningen enuitvoeringstekeningen (palenplan, vorm- en wapeningsteke-ningen), is aansluitend aan de besteksfase uitgevoerd.SpottershillIn de detailberekening voor Spottershill is voor de dekcon-structie een 2D-plaatmodel in ESAPrimaWin uitgewerktwaarmee een gedetailleerde krachtsverdeling is bepaald. Opbasis hiervan zijn de wapeningsmomenten en de wapenings-configuratie bepaald. Daarnaast is de benodigde splijtwape-ning achter de spankoppen vastgesteld. Een praktisch uitvoer-bare wapening is uitgewerkt op de wapeningstekeningen.Naast de dekconstructie is ook voor de steunpunten een detail-berekening gemaakt. Vooral de aansluitdetails tussen deverschillende constructieve onderdelen waren een uitdaging.Dit was vooral van toepassing op de details waarbij vanverschillende onderdelen veel wapening op geconcentreerdeplaatsen bij elkaar komt. In sommige gevallen is ervoorgekozen gebruik te maken van beton met een kleinere korrelaf-meting. ProjEctgEgEvEnSopdrachtgever Gemeente Eindhovendirectievoering Dienst Stedelijke Ontwikkeling enBeheer Eindhoven / Wagemakerarchitect Zwarts & Jansma architectenconstructief ontwerp / bestek Wagemakerhoofdaannemer Ballast Nedamwand geslotengedeeltebitumen bandage aanbranden(b = 200 mm d = 2 mm)25020102050glij-folieACME20A voegprofielvleugelwandwegzijdegrondzijde20varvar325100225RVS buis ? 76-10 lengte variabelmaatvoering RVS randhaaks op taludhellingzichtzijde RVS rand enmanchet geborsteld parallelaan as kunstwerk; lasverbindingengeslepen en geborsteldmaatvoering RVS manchethaaks op betonrand var. 380/475DEMU 3010-? 16/M20x565RVS 316 Ti, klasse 8020 101530101502005010 606 7