ir.J. van den HoonaardRijkswaterstaat, directie Bruggen, Voorburg Oeververbinding in deWesterscheldeOntwerp van de brugVoordracht, gehouden tijdens de Betondag 1976, Utrecht, 25 november 76InleidingZoals reeds uit het artikel van ir.Wentink duidelijk is geworden, zijn voor een oeververbindingover de Westerschelde diverse trac?s onderzocht.Alvorens op de uiteindelijke oplossing nader in te gaan, wil ik even stilstaan bij de twee trac?s,gelegen nabij de huidige veerverbinding Kruiningen-Perkpolder, die na een zorgvuldig elimina-tieproces uiteindelijk overbleven. Het ging hier om het trac? 3, tussen Waarde en Walsoordenen trac? 4a, tussen Kruiningen en Perkpolder. Bij de eerstgenoemde mogelijkheden is gedachtaan een volledige brugoplossing, waarbij het trac? zodanig werd gekozen dat het hoofdvaar-water onder een zo gunstig mogelijke hoek werd gekruist en de totale lengte van de toeleidendeviaducten in het Westerscheldegedeelte niet langer zou worden dan strikt noodzakelijk.De stalen hoofdbrug had bij dit ontwerp een hoofdoverspanning van 900 m met naastgelegenvelden van 311 m. Voor dit brugdeel was gekozen voor een hangbrug van het type, zoals dat isuitgevoerd over de Severn in West-Engeland (fig. 1).De onderkant van de brug was nabij de pijlers gesitueerd op 55,00 m + NAP, waarbij rekeningwas gehouden met een kruiphoogte van ca. 50 m, behorende bij een tankschip van 250000 tondraagvermogen. De toeleidende viaducten aan de noordoostzijde (richting Zuid-Beveland) had-den overspanningslengten van 200 m en die aan de zuidwestzijde van 100 m. De totale lengtevan de brug bedroeg 5315,40 m. Figuur 2 toont een getekende impressie van deze brug.Het hangbrugontwerp is vrij volledig uitgewerkt en vergeleken met de brug-tunneloplossingvan trac? 4a. Omdat de bouwkosten van eerstgenoemde variant (weinig) hoger waren en tochmet een beperking in de doorvaarthoogte gerekend moest worden, is uiteindelijk de voorkeurgegeven aan het brug-tunnelidee. Van dit ontwerp is de tunnel reeds behandeld, zodat in hethiernavolgende het bruggedeelte aan de orde komt, waarbij vooral aandacht zal worden be-steed aan de motieven die hebben geleid tot het ontwerp, zoals dat nu voor het grootste gedeel-te gestalte heeft gekregen.1Het ontwerp van de hangbrugDesign of the suspension bridge2Getekende impressie van de hangbrugArtist's impression of the suspension bridgeCement XXIX (1977) nr. 1 273Situatie Westerschelde ter plaatse van hettrac?Situation Westerschelde at the traceSituatie en bodemliggingHet trac? van de brug, lopende van het overgangseiland in het midden van de Westerscheldetot de oevers van Zeeuws-Vlaanderen, kenmerkt zich door een aantal riviertechnische gege-vens die voor het uiteindelijke ontwerp van grote betekenis blijken te zijn. Het gaat hier metname om de bodemligging van de Westerschelde ter plaatse van de brug.Onder de Zeeuws-Vlaamse oever ligt een relatief diep gedeelte met de bodem op ca. 10 m-- NAP. Deze geul doet dienst als nevenvaarwater en wordt gebruikt door de binnenvaart ende kleinere zeeschepen (de zgn. Overloop van het Gat van Ossenisse). Meer naar het noorden,dus in de richting van het eiland, loopt de bodem op tot ongeveer NAP (fig. 3). Dit gegeven,gecombineerd met de hier aanwezige waterstand, die fluctueert van 2,30 m + NAP bij GHW(gem. hoogwater) tot 2,10 m -- NAP bij GLW betekent, dat de ondiepe gedeelten, de Platen vanOssenisse, bij vloed onder water staan en bij eb droogvallen. Dit is, bekeken vanuit de techniekvan het bouwen, geen al te plezierige randvoorwaarde.Langs- en dwarsprofiel van de brugZoals hierboven al is opgemerkt, ligt de huidige nevenvaargeul onder de Zeeuws-Vlaamseoever en zal hier ook gehandhaafd moeten blijven. Dit betekent dat ter plaatse twee scheep-vaartopeningen geformeerd moeten worden met een dagmaat van 150 m, wat overspanningenvan 2 X 160 m inhoudt.Omdat ten gevolge van uitschuringen door een zich wijzigend rivierregime ook ter plaatse vande huidige ondiepe platen scheepvaart denkbaar is, dienen deze overspanningen over degehele bruglengte te worden doorgezet. De ontgrondingen zijn enerzijds mogelijk doordat hetrivierbeeld de neiging heeft zich in de loop der jaren te wijzigen, zoals blijkt uit waarnemingenvanaf 1800 tot heden, anderzijds zal de invloed van het overgangseiland zodanig zijn, dat met4Overzicht brugplanSurvey of the bridge planCement XXIX (1977) nr. 1 285Dwarsprofiel van de brugCross section of the bridge6Het pijlereilandThe pier islandname langs de zuidzijde van dit eiland, dus aan de noordkant van de brug, extra uitschuringenzullen ontstaan. De totale afstand van het overgangseiland tot Zeeuws-Vlaanderen die onge-veer 1300 m bedraagt, is zodoende opgedeeld in zeven overspanningen van 160 m en tweeeindvelden van elk 85 m. Een overzicht van het brugplan is weergegeven in figuur 4. De tweeoverspanningen ter plaatse van de vaargeul zijn zodanig ontworpen dat een doorvaarthoogtevan 9,10 m (rijnvaarthoogte) boven een hoogwaterstand van 4,20 m + NAP, die optreedt meteen frequentie van ??n maal per 10 jaar, gegarandeerd is.Het dwarsprofiel van de brug bestaat uit twee afzonderlijke kokerliggers van verlopende hoog-te, die plaats bieden aan 2 ? 2 rijstroken met vluchtstroken (fig. 5). De tussenafstand van 5 mis gekozen vanwege het gevaar van aanvaring door een uit de koers geraakt schip. De ge-dachte hierbij is dat bij een dergelijke calamiteit slechts ??n brughelft beschadigd wordt en deandere helft intact blijft, zodat het verkeer (min of meer) ongehinderd door kan gaan.De onderbouwVoor wat betreft de fundering zijn verschillende mogelijkheden nader bekeken. Van de meestin aanmerking komende kunnen worden genoemd:? Fundering op stalen caissonsDeze hadden een afmeting aan de basis van ca. 20 ? 40 m2en waren gefundeerd op een niveauvan 25,00 m ?NAP.? Fundering op diepwandpalenE?n pijler was gefundeerd gedacht op 24 diepwandpalen van 1,0 ? 2,2 m2, reikende tot eendiepte die varieerde van 40 tot 45 m ? NAP.? Fundering op (holle) betonputtenBeschouwd zijn putpalen met een diameter van 4,25 m, zoals toegepast bij de Zeelandbrug, metzes stuks per pijler, alsmede hetzelfde type met een grotere diameter, waarbij volstaan zoukunnen worden met ??n put per brughelft.Cement XXIX (1977) nr. 1 297Montageligger bij de brug te DeventerErection girder for the bridge at Deventerfoto: RijkswaterstaatHoewel met alle hier genoemde methoden een betrouwbare fundering valt te realiseren,ziet het er op dit moment naar uit dat een fundering op geheide palen het voordeligst is. Alseenheden wordt hierbij gedacht aan betonpalen 500 mm of ? 600 mm met een toelaatbarepaalbelasting van 150 ? 160 ton en voor de palen in diep water aan stalen palen UP 168 met550 ton draagvermogen per paal. Deze stalen palen zijn nodig omdat betonpalen niet bestandzijn tegen de stromingsdruk en de golfaanval. Zoals de stand van zaken nu is dus een voorkeurvoor een oplossing met geheide palen, maar omdat met name de fundering nog onderwerp isvan voortdurende studies, kan dit standpunt mogelijk nog veranderen.Bij de onderbouw heeft het reeds eerder genoemde gevaar voor aanvaring geleid tot het makenvan een bescherming van de fundering door middel van kunstmatige eilanden, zoals aangege-ven in figuur 6. Na veel theoretische beschouwingen over het opvangen van een uit de koersgeraakt schip, bleek dat de enige effectieve methode om een pijler hiertegen te beschermen,was ervoor te zorgen dat het schip de onderbouw niet kan bereiken. Vanuit deze gedachte ishet idee van deze pijlereilanden ontstaan, die zijn opgebouwd uit fosforslakken, afgedekt metstortsteen. Rond de eilanden komt een moza?ek van zinkstukken.Bij het maken van een steunpunt dienen als eerste de palen te worden geheid; hierna wordtrondom dit palenplan gebaggerd om de zinkstukken te kunnen aanbrengen. Dit gebeurt dus tenopzichte van de huidige bodem op een verdiept niveau, zulks in verband met de toekomstigeuitschuringen. Tenslotte wordt zo spoedig mogelijk daarna de bestorting en de rest van deeilandopbouw aangebracht.Om de kans op aanvaring wat beter te kunnen analyseren, worden in samenwerking met deRijkshavendienst in Vlissingen enqu?tes gehouden met betrekking tot het scheepvaartverkeerin het Gat van Ossenisse; het betreft hier gegevens over scheepstype, scheepsgrootte, koers,snelheid e.d. Met behulp van deze gegevens en een goede prognose van de ontwikkeling vande scheepvaart op de Westerschelde hoopt men de kans op een aanvaring en de overige para-meters, nodig voor een meer wetenschappelijke benadering, te kunnen vaststellen.De bovenbouwBij de bovenbouwconstructie zijn eveneens diverse varianten beschouwd alvorens tot een be-paalde keuze is besloten. In het voorgaande is reeds aangegeven, dat om scheepvaart- enriviertechnische redenen gekozen is voor een aantal overspanningen van 160 m. Als construc-tievorm is gekozen voor twee ??ncellige kokers met een breedte van 13,00 m en in hoogtevari?rend van 8,00 m bij de pijlers tot 3,75 m in het midden van de overspanningen. Het stati-sche systeem is zodanig dat de brug vrij is opgelegd op de pijlers en over de gehele lengte van1290 m continu gemaakt wordt. Dit betekent dat de totale horizontale bewegingsmogelijkheidvanuit het vaste steunpunt in het midden, bij de beide landhoofden moet worden opgevangen.Hier zijn dan ook rijbaanovergangen geprojecteerd die een verplaatsingsmogelijkheid in zichhebben van ? 300 mm.De in aanmerking komende bouwmethoden voor dit type brug kunnen in hoofdzaak verdeeldworden in twee categorie?n: het ter plaatse storten met behulp van de vrije-uitbouwmethode ofhet werken met geprefabriceerde elementen; deze elementen kunnen in principe op tweemanieren onderling worden verbonden, namelijk door ter plaatse te storten voegen, zoals toe-gepast bij de Zeelandbrug of door middel van een epoxylijm. Deze laatste methode betekenteen snelle montage, mede omdat het aantal handelingen op de bouwplaats zelf minder is.Tenslotte zijn deze lijmmethode en de vrije-uitbouwmethode verder naast elkaar uitgewerkt.Met de lijm- of plakmethode als uitgangspunt is echter nog een onderscheid mogelijk naar demanier van monteren. Voor de Westerscheldebrug zijn nader bekeken:? montage met behulp van een montageligger;? montage met behulp van voorbouwbokken;? montage via een kabelbaan.In het kort zal op deze drie mogelijkheden nader worden ingegaan.Cement XXIX (1977) nr.1 308Montage van de moten bij de brug KetelmeerAssembling of the elements for the bridge atKetelmeer9Montage met behulp van een kabelbaanAssembling by means of a telpher-railwayBij de inzet van een montageligger worden de elementen aangevoerd vanaf het land en via hetal gereedgekomen gedeelte van de brug vervoerd tot de uiterste kraagarm, waarop de achter-ondersteuning van de montageligger staat. De moot wordt vervolgens gepakt in de montagekatvan de ligger en getransporteerd naar de in aanbouw zijnde volgende kraagarm. Als alle motenvan deze kraagarm gemonteerd zijn, wordt de ligger over het juist gereedgekomen brugdeelverrold naar het volgende steunpunt. Deze methode is onder meer gebruikt bij de aanbruggenvan Deventer (foto 7). De (afgetuide) montageligger had hier een lengte van ca. 280 m bij eenhoogte boven het rijdek van ca. 50 m; deze afmetingen brachten grote stabiliteitsproblemenmet zich mee. De geraamde kosten van de ligger waren uiteraard niet gering.Bij het aanbrengen van de moten met behulp van montagebokken worden de elementen via hetwater aangevoerd. De aanzetstukken boven de pijlers worden geplaatst met een drijvende bok,waarna de 4 bokjes (per pijler) gesteld kunnen worden. De bokjes monteren de moten recht-streeks vanaf drijvende pontons. Deze montagewijze is onder meer toegepast bij de brug overhet Ketelmeer te Zwolse-Hoek (foto 8). Om de elementen op alle plaatsen te kunnen aanvoeren,zou het nodig geweest zijn om daar waar de waterdiepte gering is een geul te baggeren.De montagemethode waarbij gebruik gemaakt wordt van een kabelbaan voorziet, evenalseerstgenoemde variant, in een motenaanvoer over het gereed zijnde gedeelte van de brug. Eenoverzicht van deze wijze van monteren is weergegeven in figuur 9. De kabelbaan dient ervoorde elementen van dit brugdeel over te brengen naar de te monteren kraagarm. Hier zal apartmaterieel nodig zijn voor de eigenlijke montage. De problemen bij deze methode zitten voor-namelijk in het demonteren en opnieuw opstellen van alle onderdelen, zoals pylonen, loop-wagens, tuidraden, draagkabels enz.De lijmmethode met grote elementen van lichtbeton was nog niet eerder toegepast, zodat bijde keuze van deze variant een aantal proeven op ware grootte noodzakelijk werd geacht omdit hiaat in de kennis op te vullen. Onder meer zou moeten worden onderzocht: het storten vanrelatief dunne wanden over grote hoogte, het vervormingsgedrag v??r verlijming, beproevingvan verschilllende typen vertandingen op de kopvlakken alsmede het gritstralen hiervan, hetgedrag van de epoxylijm op het lichtbeton onder verschillende omstandigheden e.d.Zonder teveel op details in te gaan, zij hier slechts vermeld, dat de methode met de montage-bokjes de meest aantrekkelijke bleek en het dus voor wat betreft de bouwkosten moest op-nemen tegen de vrije-uitbouwmethode. Deze twee varianten zijn volledig uitgewerkt en quakosten geraamd. Er bleek hierbij geen duidelijke financi?le voorkeur voor ??n van beide alter-natieven, zodat hier uiteindelijk het technisch-constructieve aspect de doorslag heeft gegeventen gunste van de ter plaatse gestorte variant.Cement XXIX (1977) nr. 1 3110IJsselbrug Zutphen: vrije uitbouwIJssel bridge Zutphen: cantileveringconstructionfoto: Aerophoto TeugeDe uitbouwmethode is al vele malen in Nederland toegepast; in totaal zijn 14 grote rivierbrug-gen op deze wijze gerealiseerd, terwijl er momenteel nog twee in uitvoering zijn. Bij deze con-structiemethode wordt symmetrisch vanuit een pijler gebouwd, waarbij gebruik gemaakt wordtvan zogenaamde uitbouwwagens. Deze, als het ware in horizontale zin verschuifbare bekistingwordt door middel van voorspanstaven aan het reeds verharde gedeelte van de kraagarm ge-klemd. Foto 10 toont de uitbouw van de IJsselbrug bij Zutphen.Als aanzet wordt boven de desbetreffende pijler een 'hamerstuk' ter plaatse gestort op steiger-werk. Op dit hamerstuk met een lengte van vier uitbouwmoten worden dan de voorbouw-wagens in de uitgangspositie.opgesteld. Het is belangrijk van een zodanige werkplanning uit tegaan, dat per uitbouwwagen ??n moot per week wordt gestort. Tot op heden hadden dezemoten een afmeting van ca. 3,50 m, dit in verband met de mogelijkheden van de aanwezigevoorbouwwagens. Bij de Westerscheldebruggen zal nieuw bouwmaterieel worden ontworpen;de gedachte is om hier uit te gaan van een mootlengte van 5,16 m (2 ? 15 moten + 1 sluitmootvan 5,20 m per overspanning van 160 m).Bij de laatste uitbouwbruggen is gebruik gemaakt van lichtbeton met als toeslagstof Korlin-A.Ook voor de Westerscheldebrug wordt aan lichtbeton gedacht. Om een idee te krijgen van demogelijkheden van het materiaal is in bijgaande tabel (fig. 11) een overzicht gegeven van debeproevingsresultaten van de bruggen Zutphen en Ravenswaay (de laatst gereedgekomen).De karakteristieke kubusdruksterkte na 28 dagen, bepaald met de controleproef volgens deVB 74 bedraagt 37,5 N/mm2. Voor de Westerscheldebruggen zal in totaal 25600 m3lichtbetonverwerkt moeten worden. De voorspanning wordt gerealiseerd met behulp van kabels, dieaan de kopeinden van de moten worden afgespannen. In totaal zal voor de langsvoorspanningca. 193 000 m' kabel nodig zijn.De hulpbrugBij de uitvoering van de brug zal een dankbaar gebruik gemaakt worden van de (al door ir.Wentink genoemde) hulpbrug. Deze hulpbrug is primair ontworpen om de bouwplaats op hetovergangseiland bereikbaar te maken. Door hem echter zo dicht mogelijk tegen de hoofdbrugte situeren, is het een waardevol hulpmiddel tijdens de bouw. Figuur 12 toont de onderlingerelatie tussen beide bruggen. De hulpbrug bestaat in principe uit een aantal overspanningenvan 45 m, met echter als uitzondering op deze regelmaat een (stalen) hoofdoverspanning van110 m ter plaatse van de bestaande scheepvaartgeul en platforms met een lengte van 25 m bijde pijlers van de definitieve brug. Deze platforms zijn bedoeld om de aanvoer ?n het lossenvan materiaal voor de definitieve brug te doen plaatsvinden zonder het eigenlijke verkeer op debrug teveel te stremmen. De breedte van de hulpbrug bedraagt in totaal 6 m en biedt, na aftrekvan de ruimte voor de leuning-vangrailconstructie, plaats aan twee (smalle) rijstroken van2,75 m (fig. 13). Ter plaatse van de opstelplatforms is een breedte beschikbaar van 12 m. Erwordt gebruik gemaakt van Spanbeton TRA 160/200 liggers met een breedte van 2,0 m, zodat ernormaliter drie liggers per breedte nodig zijn. De 45 m lange balken hebben een gewicht van11Beproevingsresultaten lichtbetonTesting results of lightweight concreteBEPROEVINGSRESULTATEN LICHTBETONPROEFSTUK OUDERDOMAANTALPROEVENGEM.STAND.AFWIJKINGKARAKTER.WAARDEVOLUMIEKE MASSAVERSE SPECIE IN KG / M3 ? 560 1785 21 1750/1820KUBUSDRUKSTERKTEKUBUS 158 MM IN N/MM228 D 658 44,4 4,2 37,5SPUJTTREKSTERKTEKUBUS 158 MM IN N/MM28 D 116 3,2 0,2 2,9Cement XXIX (1977) nr. 1 3212Overzicht brug en hulpbrug (gedeeltelijk)Survey of the bridge and the auxiliary bridge(partly)13Dwarsdoorsnede hulpbrugCross section of the auxiliary bridge66 ton en worden uitgevoerd in lichtbeton. De liggers met een lengte van 25 m worden geheelvan grindbeton gemaakt. De montage geschiedt door middel van een drijvende bok, waarbij terplaatse van de ondiepten aan de noord- en zuidzijde van het trac? eerst een geul gebaggerdmoet worden om met dekschuiten en bok te kunnen manoeuvreren. De drie T-balken per veldworden tevoren tot ??n montage-element samengesteld en als zodanig in ??n keer weggelegdop de hierboven beschreven wijze. In totaal zijn 67 balken nodig van 45 m en 58 stuks van 25 m;van elk van beide typen worden vier balken extra gemaakt om in geval van calamiteiten(scheepsaanvaring) direct te kunnen worden ingezet. De hulpbrug is berekend op een klasse,die nagenoeg overeenkomt met klasse 30 van de VOSB. De onderlinge verbinding van de bal-ken is zodanig, dat ze op eenvoudige wijze kunnen worden losgekoppeld en op die manier voorhergebruik in aanmerking komen.De onderbouw voor de tussensteunpunten wordt in principe opgebouwd uit jukken bestaandeuit twee ronde stalen palen, die in diameter vari?ren van 1,02 tot 1,42 m. De grootste paal heefteen lengte van 46 m, een diameter van 1,42 m en een gewicht van 44 ton. De grote afmetingenzijn voor een gedeelte het gevolg van de te verwachten uitschuringen, doordat profielvernau-wing van de rivier optreedt door het aanbrengen van de pijlereilanden; bovendien veroorzakendeze eilanden grote turbulentiemeren ter plaatse van de fundering van de hulpbrug, wat even-eens ontgrondingen ten gevolge heeft. Ook de belastingen die ontstaan door stromingsdruk,golfaanval en horizontale krachten uit de bovenbouw zijn verantwoordelijk voor de dimensione-ring van de palen. De palen staan in dwarsrichting van de hulpbrug onder een helling van 7:1,in langsrichting wordt de (horizontale) stabiliteit verkregen via het doorkoppelen van steedsvier velden, zodat om de 160 m een juk van 4 palen moet worden geformeerd, die ook in lengte-richting van de brug schoor staan.TijdschemaTot slot een enkel woord over de tijdplanning. De eerste fase, die bestaat uit het maken van hetkunstmatige overgangseiland en de hulpbrug zal ongeveer ??n jaar vergen. Voor de bouw vande definitieve brug is een tijdsduur gepland van vier jaar; om dit te kunnen realiseren, is hetechter nodig de bovenbouw te maken met een dubbele set (d.w.z. 8 stuks) uitbouwwagens.Hoewel het ontwerp van de brug nagenoeg gereed is, blijven er toch, met name voor wat betreftde waterloopkundige aspecten, enige vragen op te lossen; nader onderzoek is dan ook zekernog noodzakelijk.Last but not least dient vermeld te worden, dat al hetgeen tot op heden aan studie en ontwerpis verricht uiteraard in zeer nauwe samenwerking is geschied met de Combinatie Westerschel-de; zonder dit samenwerkingsverband was het tot stand brengen van een dergelijk werk nietgoed denkbaar geweest.Cement XXIX (1977) nr. 1 33