C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u w62 cement 2007 6De noordelijke toerit van deCoentunnel is gedeeltelijk gefun-deerd op palen, die in het diepegedeelte op trek en in hetondiepe gedeelte op druk wordenbelast.In verband met de geconstateerdeverplaatsingen en mogelijketoename van de belasting op detoerit als gevolg van de aanleg vande tweede Coentunnel, bijvoor-beeld trillingen in de grond doorheiwerkzaamheden of grondont-spanning als gevolg van ontgra-vingen, is in 2005 besloten eenonderzoek in te stellen naar destaat van de paalkopverbinding ende opdrijfveiligheid van de con-structie op dit moment, veertigjaar na openstelling en aan heteinde van de beoogde levensduur,honderd jaar na openstelling.O n d e r z o e kBegin 2005 werd aan beide zijdenvan de toerit het bovenste gedeeltevan een drukpaal blootgelegd.Omdat het ontgraven van ??n ofmeer trekpalen tot complicatiesdoor toestromen van water zouleiden, zijn alleen drukpalen ge?n-specteerd. Tijdens het onderzoek ishet schadebeeld in kaart gebrachten is een rekenmodel ontwikkelden gevalideerd voor de beschrijvingvan het paalkopgedrag. Het milieuter plaatse van de palen is vastge-steld, zodat bij ontoelaatbarescheurvorming kon worden aange-geven of dit milieu tot versneldecorrosie van de wapening tussenvloer en paal zou leiden.Het onderzoek moest uitwijzen inhoeverre de opdrijfveiligheid nu enover zestig jaar in het geding zouzijn, rekening houdend met de ver-plaatsing van de toerit en de op trekbelaste palen. Op basis van debevindingen voor de huidige situa-tie, is die aan het einde van debeoogde levensduur niet meer inbeschouwing genomen.Gezien de onzekerheden metbetrekking tot de hoogte van degrondwaterspiegel, is voor deopwaartse belasting een grondwa-terstand aangehouden op 0,30 monder het instroomniveau van detoerit.Voor de opgelegde verplaatsing isuitgegaan van de prognose zoalsgegeven in tabel 1.Tijdens de inspectie van de tweepalen in het bovenste deel van detoerit (met de grootste te verwach-ten verplaatsing van de toerit),bleek dat de palen een scheefstandvertoonden van 40 en 80 mm/m.Bij ??n van de twee palen werdeen gebroken wapeningsstaafwaargenomen (foto 2).Door de hoge dichtheid van hetbeton en het lage chloridegehaltevan het grondwater, was corrosieals gevolg van chloride-indringingniet te verwachten. Bovendienzou, bij optredende scheurvor-ming, de corrosiesnelheid vrij laagzijn door de geringe beschikbaar-heid van zuurstof.In de berekening is met behulpvan het eindige-elementenpro-gramma DIANA het paalkopge-OpdrijfveiligheidCoentunnel gezekerding. A.H. van Beek, VBK Betontechnieking. J. de Boer, de BoerDCir. P.G. Menting, Fugro-Inparkdr.ir. A.H.J.M. Vervuurt, TNO Bouw en Ondergronding. A. Zeilmaker, Bouwdienst RWSIn het verleden is door verplaatsing van het brugdek over de noordelijke toerit(fig. 1) geconstateerd dat de toeritten van de Coentunnel in lengterichtingverplaatsen. Dit wordt hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door grond die in dekoude periode in de openstaande voegen dringt en vervolgens in de warmeperiode het sluiten van de voegen verhindert. Aangezien deze verplaatsingdesastreus zou kunnen zijn voor de paalkopverbinding onder een deel van denoordelijke toerit, is hiernaar een onderzoek ingesteld. De uitslag van ditonderzoek was zodanig, dat direct ingrijpen noodzakelijk werd geacht en ditheeft in april 2007 geleid tot het aanbrengen van ballast over het op trekpalengefundeerde gebied met een lengte van circa 126 m.In dit artikel zal worden ingegaan op het onderzoek, het principeontwerp, hetuitvoeringsontwerp en de monitoring gedurende de uitvoering.Tabel 1 | Prognose verplaatsingen paalkoppenjaar verplaatsingen t.p.v. verplaatsingen t.p.v. verplaatsingen t.p.v.verticaal zwaarst verticaal lichtst drukpalen (mm)belaste trekpalen (mm) belaste trekpalen (mm)2006 70 105 160(40 jaarna opening)2066 80 130 200(100 jaarna opening)1 |Schematische doorsnedeover tunnelbak en via-ductC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTun n el b o u wcement 2007 6 63a.b.3x400 mmgrondlaag 1grondlaag 2grondlaag 3grondlaag 4grondlaag 5grondlaag 6grondlaag 7doorsnede AA?16,53,03,53,51,52,51,01,50,8horbalkmodelbeddingvlakkedoorsnedeA A?900mm800mm6-50mm131313131202004006008001000120014000 20 40 60 80 100 120horizontale verplaatsing (dn in mm)maximaalopneembareverticalebelasting(kN) = 3,75 % = 6 % = 10 %drag voorspeld. Het hiervoorgebruikte model is ge?llustreerd infiguur 3.Uit de berekeningen bleek dat derekenkundige veiligheid tegenopdrijven voornamelijk wordtbepaald door de opgelegde hori-zontale verplaatsing van depaalkop en de breukrek van deverbindingswapening tussen paalen vloer. Figuur 4 illustreert voorverschillende waarden van debreukrek de relatie tussen demaximaal opneembare verticalebelasting en de horizontale ver-plaatsing. In de figuur zijn deberekeningsresultaten gegevendoor de symbolen, de lijnen geveneen schatting van de verschillenderelaties.Uit berekeningen volgde voor detrekpalen met een opgelegde ver-plaatsing van 105 mm (tabel 1) eenoptredende trekkracht van 150 kN.Uit figuur 4 is af te lezen dat daneen breukrek van 10% benodigd is.Omdat de breukrek tussen de 6%en 7% werd ingeschat, waren corri-gerende maatregelen op kortetermijn noodzakelijk.P r i n c i p e o n t w e r pDe aangedragen oplossingenwaren onder te verdelen in hetplaatsen van extra trekelementenof het aanbrengen van ballast.Wanneer zou worden gekozenvoor trekelementen, moest hetverplaatsen worden gestopt (bij-voorbeeld door schoor te plaatsen)of de trekelementen moestenongevoelig worden gemaakt voorverplaatsingen. Bovendien zoudende doorvoeren door de construc-tievloer waterdicht moeten zijn enniet mogen leiden tot ontoelaat-bare scheurvorming in de con-structievloer.De trekelementen zouden zeerwaarschijnlijk bestaan uit trekan-kers. De vraag was of door de stijf-heidsverschillen tussen debestaande fundering en de trekan-kers de krachtswerking in de con-structievloer met voldoendebetrouwbaarheid kon worden vast-gesteld. Een ander probleem wasde verkeershinder. Gezien de toe-gestane faseringen (fig. 5) en eenbeschikbare periode van viermaanden voor engineering en uit-voering, bleek deze methode uit-eindelijk niet haalbaar.De bezwaren bij het toepassenvan trekelementen zijn niet of inveel mindere mate van toepassingbij het aanbrengen van ballast. Bijdeze methode worden de verplaat-singen niet gestopt, waardoormogelijk op termijn schade zoukunnen ontstaan aan de rubber-metalen voegstroken. Het optre-den van dit fenomeen in het tijds-bestek totdat de tweedeCoentunnel is gerealiseerd, werdop basis van eerder onderzoekniet waarschijnlijk geacht. Daarnazou mogelijk aan dit probleemaandacht kunnen wordengeschonken.Met name voor de diep gelegenmoten was de beschikbare ruimteals gevolg van het profiel van vrijeruimte en de architectonischevormgeving zeer beperkt (fig. 6).Voor de diepst gelegen mootkwam daar nog eens de hoogtebe-perking in verband met de aanwe-zige luifel bij (fig. 7). Gevoegd bijde reeds genoemde toegestanefasering en de beschikbare tijd,moest het ontwerp snel en een-voudig te maken zijn (dus veelprefab) en een hoge volumiekemassa bezitten. Dit laatste werdgerealiseerd door uit te gaan vange?njecteerd noppenstaal (fig. 6).De totale hoeveelheid aan tebrengen ballast per moot was een-2 |Scheefstand paal engebroken wapening terplaatse van aansluitingmet vloer3 |Rekenmodel met aanwe-zige wapening in paal entotale lengte4 |Maximaal opneembareopwaartse belasting alsfunctie van horizontaleverplaatsing tunnelvloeren breukrek voorspan-staalC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u w64 cement 2007 6a. ZAANDAM b. ZAANDAMDEN HAAG DEN HAAGc. d.ZAANDAM ZAANDAMDEN HAAG DEN HAAG700110035709003840636018772159219528000410614 8000 410 614mv -2.500pvrpvrN.A.P.26:1prefab elementenvan zwaar beton-1.700stalen deksloofballast vange?njecteerd noppenstaalspecie-7.920-1.560+0.770in situ beton-0.050-3.180-1.000prefab betonnen platenmet stalen vakwerkballast vange?njecteerd noppenstaalvoudig te bepalen. Voor de moten39 tot en met 40 is uitgegaan vaneen grondwaterstand van 0,30 monder het instroomniveau van detoerit (NAP -2,80 m). Voor moot 38is uitgegaan van een grondwater-stand van NAP -1,50 m. Dit inverband met de kleine afstand tothet Noordzeekanaal met een peilvan NAP -0,40 m. Er is geen reke-ning gehouden met grondwrijvingaan de zijkanten van de tunnelbak(een conservatieve aanname).De vraag is echter nog wel hoe deballast over de zijkanten en hetmidden moet worden verdeeld.Omdat de wapeningsgegevens vande constructievloer zeer beperktaanwezig waren, is gekozen vooreen verdeling waarbij in de bruik-baarheidsgrenstoestand de momen-ten en dwarskrachten in het veld zomin mogelijk worden be?nvloed.Dit heeft geleid tot de in tabel 2gegeven verdeling van de ballast.U i t v o e r i n g s o n t w e r pGezien de beperkte tijd is er gelijk-tijdig gewerkt aan het vaststellenvan de werkmethode, de enginee-ring, het opstarten van de uitvoe-ring en de inkoop van materialen.Vanwege de complexe omgevingwas vanaf het begin overleg metalle betrokken partijen over deweekeindafsluitingen noodzakelijk.In de aanbestedingsfase heeft deopdrachtnemer getracht een opti-maal plan te ontwikkelen op basisvan de wens, met zo min mogelijkhinder voor het verkeer en metbehoud van kwaliteit te bouwen.Dit werd voornamelijk bereiktdoor het aantal weekeindafsluitin-gen sterk te beperken.Het principe van ballasten bleefgehandhaafd, echter het ge?njec-teerd noppenstaal werd vervangendoor stalen staven. De betonnenmiddenberm werd geheel buitenhet werk gemaakt en per mootnaar de bestemming gereden (foto8). Vervolgens werden de stalenstaven van boven in de sparingenvan de wand geplaatst, waarnadeze werden afgestort. Voordatmet het rijden van de midden-berm kon worden begonnen,moest nog wel het dek van hetviaduct worden opgevijzeld (foto9) en moest een signaleringspor-taal tijdelijk worden verwijderd.Veruit de meeste stalen stavenmoesten in de middenwand vanmoot 38 worden geplaatst. Doorde aanwezigheid van de luifel kondit alleen horizontaal worden uit-gevoerd vanaf de zijde van moot39. Daardoor konden de midden-wanden van de moten 39 tot enmet 44 pas worden geplaatst nadatal het staal in de middenwand vanmoot 38 was aangebracht. Hier-door lag moot 38 op het kritischepad. In tabel 2 wordt het uiteinde-lijk aangebrachte ballastgewichtaangegeven.5 |Toegestane faseringenen beschikbare tijda. t.m. c: maandag t.m.donderdag 22.30 - 05.00uurd. vrijdag 22.30 uur t.m.maandag 05.00 uur6 |Dwarsdoorsnede princi-peontwerp met profielvan vrije ruimteTabel 2 | Benodigde en aangebrachte ballastmoot bij voeg- benodigde aangebrachteovergang: ballast (kN/m) ballast (kN/m)middenwand per zijwand middenwand per zijwand44 44/45 0 0 0 043/44 11 0 12 043 43/44 41 0 41 042/43 71 0 71 2442 42/43 76 21 76 2141/42 125 25 127 2841 41/42 130 22 126 2240/41 184 52 178 5240 40/41 119 45 119 4539/40 173 75 173 7539 39/40 184 69 184 6938/39 255 98 256 9938 38/39 331 57 330 5737/38 450 23 430 24C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTun n el b o u wcement 2007 6 65180001800018000 180001800037N.A.P.383940-6.658-7.289-7.920+1.800stempelraam-8.615+0.770-1.560-1.560-3.370+0.710brandwerende benaderingsdeur westbuisbovenkant prefab betonnen panelenballast vulling van massief ijzertot 3300 boven vloer.-3.180 -2.656-2.656-1.560De afwijking in moot 43 is eengevolg van het vasthouden aan dearchitectonische vormgeving. Deafwijkingen in moot 41 zijn hetgevolg van het krom zijn van destalen staven en de krappe maat-voering van de sparingen, waar-door niet alle ballast kon wordenaangebracht. Het verloop van debestaande middenwand van moot37 zoals aangegeven in figuur 7,bleek niet overeen te komen met dewerkelijkheid. Deze bleek 3,5 mover moot 38 te steken. Hierdoorkon over dit stuk geen ballastworden aangebracht, hetgeen ookniet noodzakelijk was, omdat dewand het opdrijven van moot 38over deze lengte verhindert. Op3,5 m uit de voegovergang vanmoot 38 naar 37, zou de aan tebrengen ballast volgens het princi-peontwerp 427 kN/m moeten zijn,hetgeen betekent dat de afwijking+3 is in plaats van ?20. De uitein-delijke (gecorrigeerde) afwijkin-gen werden toelaatbaar geacht.M o n i t o r i n g t i j d e n su i t v o e r i n gOm tijdens de uitvoering tijdig tekunnen ingrijpen en schade aande bestaande constructie te voor-komen, werd een uitgebreid vol-automatisch tachymetrisch moni-toringsysteem aangebracht.Het meetsysteem bestond uittwee tachymeters (total stations),32 meetpunten in de vorm vanprisma's (meetreflectoren), 96reflectorloze meetpunten op hetasfalt, computers en datapresen-tatie. De werking van het totalesysteem wordt weergegeven infiguur 10.Door de aanwezigheid van deluifel waren twee tachymetersbenodigd. In verband met deslechte bereikbaarheid is gekozenvoor reflectorloos meten op hetasfalt. Omdat werd vermoed datdeze punten door verkeer ofbouwwerkzaamheden regelmatigonbereikbaar zouden zijn, is ermeer gemeten dan strikt noodza-kelijk.In tabel 3 wordt in schematischbovenaanzicht de ligging van debelangrijkste meetpuntengegeven. De vet aangegevenpunten zijn de prisma's in dewand. De punten beginnend metAs zijn de meest naar het middentoe gelegen reflectorloze asfalt-punten.De interventiewaarden van de ver-ticale verplaatsingen c.q. verschil-verplaatsingen waren vastgelegdin de volgende eisen:1. de absolute verplaatsing vande moten 38 tot en met 40mag niet meer dan 5 mmbedragen;2. de absolute verplaatsing vande moten 41 tot en met 44mag niet meer dan 8 mmbedragen;3. de verschilverplaatsing van devloer van moot 38 ter plaatsevan de zijwand en de midden-wand mag niet meer dan3 mm bedragen;4. de verschilverplaatsing van devloeren van de moten 39 toten met 44 ter plaatse van dezijwand en de middenwandmag niet meer dan 9 mmbedragen;5. de moten 38, 39, 42, 43, 44 en45 mogen niet meer dan3 mm omhoog verplaatsen tenopzichte van respectievelijkmoot 37, 40, 41, 42, 43 en 44.Bovendien mogen de moten38 en 40 niet meer dan 3 mmomhoog verplaatsen tenopzichte van respectievelijkmoot 39 en 41.De eisen 1, 2 en 5 zijn op deskun-dig inzicht gebaseerd, terwijl deoverige eisen rekentechnisch zijnonderbouwd. Het verschil tussen deeisen 3 en 4 wordt voornamelijkbepaald door een stijfheidsverschildoor de aanwezigheid van de luifelen in mindere mate door wijzigin-Tabel 3 | Bovenaanzicht noordelijke toerit; codering meetpunten aanweerszijden voegenwestwand noord oostwand45zw As45z003 As45z004 45zovoeg 44/4544nw As44n003 As44n004 44no44zw As44z003 As44z004 44zovoeg 43/4443nw As43n003 As43n004 43no43zw As43z003 As43z004 43zovoeg 42/4342nw As42n003 As42n004 42no42zw As42z003 As42z004 42zovoeg 41/4241nw As41n003 As41n004 41no41zw As41z003 As41z004 41zovoeg 40/4140nw As40n003 As40n004 40no40zw As40z003 As40z004 40zovoeg 39/4039nw As39n003 As39n004 39no39zw As39z003 As39z004 39zovoeg 38/3938nw As38n003 As38n004 38no38zw As38z003 As38z004 38zovoeg 37/3837nw As37n003 As37n004 37nowestwand zuid oostwand7 |Langsdoorsnede princi-peontwerp ter plaatsevan moot 38; de streep-stiplijn geeft de hoogtevan het noppenstaal aan8 |Inrijden middenberm9 |Opvijzelen dek viaductC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTu n n el b o u w66 cement 2007 6gen in de fundering. De richtingvan de verplaatsing in eis 5 heeft temaken met de geometrie van detand in de vloervoeg (fig. 11).Omdat het onmogelijk was terplaatse van de middenberm temeten, zijn de eisen genoemdonder punt 3 en 4 getoetst doorgebruik te maken van het meestnaar het midden gelegen reflector-loze asfaltpunt. Deze lag ongeveerop tweederde van de afstand tussenzij- en middenwand (vanuit dezijwand), zodat de eisen van 3 en9 mm zijn bijgesteld naar respectie-velijk 2 en 6 mm.In figuur 12 is de absolute verplaat-sing van moot 38 weergegeven,bepaald uit het gemiddelde van devier prisma's (38NW, 38NO, 38ZW,38ZO), met drie overschrijdingenvan de vereiste 5 mm. Deze vielenechter samen met zeer grote afwij-kingen in de eveneens gemeten x-en y-waarden, zodat mag wordengeconcludeerd dat deze overschrij-dingen te wijten zijn aan meetruis,dan wel aan foutieve metingen.In figuur 13 is de verschilver-plaatsing tussen de buitenzijdeen het midden van moot 38weergegeven aan de oostelijkezijde van voeg 37/38. De ver-schilverplaatsing is bepaaldtussen een prisma en een reflec-torloze meting op het asfalt.Beide methoden reageren echterverschillend op temperatuurin-vloeden, zodat een duidelijk dag-en nachtritme zichtbaar is. Eenander nadeel van de reflectorlozemeting is dat het aanzienlijkminder nauwkeurig is dan demetingen via de prisma's.Door de reactie op temperatuur-invloeden en de nauwkeurigheidvan de reflectorloze meting is erbij het bepalen van de verschil-verplaatsing redelijk wat ruis inde metingen ontstaan. Beslotenis daarom bij kleine overschrij-dingen van de interventiewaardehet bouwproces niet stil teleggen. Evenals bij de absoluteverplaatsing blijkt bij de groteoverschrijdingen ook sprake tezijn van grote afwijkingen in degemeten x- en y-waarden, zodatdit ook te wijten is aan meetruis,dan wel aan foutieve metingen.In figuur 14 zijn voor de ooste-lijke zijde de verschilverplaatsin-gen over de voeg tussen moot 37en 38 gegeven. De overschrijdin-gen in de reflectorloze puntenzijn talrijk, maar deze zijn in hetalgemeen terug te voeren op demeetruis. De grootte van demeetruis benadert de grens-waarde. Als de ruis buitenbeschouwing wordt gelaten, blijftde meting binnen de grens-waarde. Ter plaatse van de pris-ma's zijn ook verschillende over-schrijdingen waargenomen. Dezegaan allemaal gepaard met afwij-kingen in de x- en y-waarden,zodat kan worden gesteld dat ditfoute waarnemingen zijn.T e n s l o t t eIn het kader van de randvoorwaar-den tijd, geld en kwaliteit magworden geconcludeerd dat hetproject heeft geleid tot een duur-zame, veilige en betrouwbareoplossing die naar tevredenheid isgerealiseerd. n14 | Verschilverplaatsingover de voegen (moot38).a) As37n004-As38z004b) 37NO-38ZO.meetpuntentachymeterveldcomputerserver op kantoor(opslag en presentatie)meting richtingen afstandradiolinkUMTS10 | Werking monitoringsy-steem38 3739 38-0.0100.0000.010dZ(m)28.03.200711:2825.04.200703:4331.03.200700:0003.04.200700:0006.04.200700:0009.04.200700:0012.04.200700:0015.04.200700:0018.04.200700:0021.04.200700:0024.04.200700:00-0.0100.0000.01028.03.200711:2811.05.200717:4302.04.200700:0007.04.200700:0012.04.200700:0017.04.200700:0022.04.200700:0027.04.200700:0002.05.200700:0007.05.200700:00-0.0100.0000.01028.03.200711:3011.05.200717:4502.04.200700:0007.04.200700:0012.04.200700:0017.04.200700:0022.04.200700:0027.04.200700:0002.05.200700:0007.05.200700:00-0.0100.0000.01028.03.200713:2711.05.200717:4302.04.200700:0007.04.200700:0012.04.200700:0017.04.200700:0022.04.200700:0027.04.200700:0002.05.200700:0007.05.200700:00dZ(m)dZ(m)dZ(m)11 | Geometrie tand (moot12 | Absolute verplaatsing(moot 38)13 | Verschilverplaatsing(moot 38), 38ZO-As38z004a. b.