ir.P.J.AIIaarthoofdingenieur bijz. dienstenRijkswaterstaat, dir. BruggenPrefabricage in debetonbruggenbouwU.D.C. 624.21.012.3Prefabricage in de betonbruggenbouwGebaseerd op het thema van de vijfde werkzitting:'Bruggenbouw met prefab-elementen'1Prefabricage is reeds een h??l oud begrip...2... en beslist niet van de laatste tijd3Met prefabricage zijn hoge kwaliteiten moge-lijk zoals bleek bij het Metro-viaduct teRotterdamHet gebruik van vooraf vervaardigde onderdelen in de bouw ?s niets nieuws: men denkeslechts aan baksteen, dakpannen, bezaagd hout, stalen platen en profielen, betonnen buizenen heipalen, bewerkte natuursteen, enz. enz. Niettemin wordt toepassing van dergelijkeonderdelen aangeduid als traditionele bouw en verstaat men onder toepassing van prefabri-cage thans bepaald iets anders.Waar zit het verschil tussen 'traditionele prefabricage' en 'moderne prefabricage'?Men kan denken aan de onmiskenbare verschuiving van prefab-bouwmaterialen naar samen-gestelde prefab-constructie-elementen; maar een waterdicht criterium voor het verschil isdat niet.Er is ook een duidelijke ontwikkeling naar steeds grotere en zwaardere onderdelen, maar:de blokken waarvan de Pyramiden werden gebouwd waren bepaald niet licht (foto 7).Een andere tendens is de reductie van assemblage-werkzaamheden op de bouwplaats, maarhoeveel reductie is nodig om van 'modern' te spreken? Droge voegen vindt men in hetjack-block systeem (foto 2) maar eveneens, alweer, bij de pyramiden.Een eenduidig gedefinieerd verschil valt moeilijk aan te geven; blijkbaar moet toch aan eenevolutie worden gedacht, zij het dat die, zoals op zovele gebieden, steeds sneller verloopt.Beperken we ons tot de betonbouw en meer in het bijzonder tot de betonbruggenbouw,dan ligt de zaak wat eenvoudiger: die is begonnen met geheel in het werk gevormde con-structies en daar heeft de prefabricage pas later zijn intrede gedaan.Ook in de bruggenbouw vergroot prefabricage het aantal mogelijkheden, waaruit keuze kanworden gemaakt, en ontstaan nieuwe mogelijkheden waar in het werk vormen niet mogelijkis.De bekende voordelen van geprefabriceerd beton zijn:dat de bekistingskosten per element lager zijn (mits het aantal elementen voldoende groot is),dat in een fabriek verdergaande mechanisatie lonend is,dat daar de arbeidsomstandigheden gunstiger zijn,dat een betere betonkwaliteit bereikbaar is,dat het vervaardigingstempo hoger kan zijn.Door bij het ontwerp bewust te streven naar zo groot mogelijke uniformiteit en de beterebetonkwaliteit uit te buiten (bijv. de Metro-liggers) (fig. 3) zijn de voordelen nog te vergroten.Naarmate de seriegrootte toeneemt, nadert de prijs per eenheid asymptotisch tot eenminimum; bij z??r grote series dient men na te gaan of overgang op een minder grote seriegrotere elementen wellicht voordeel biedt, zoals schematisch aangeduid in fig. 4.Tegenover de voordelen staat, dat men zich een transport-, montage- en assemblage pro-bleem op de hals haalt. Juist in de bruggenbouw doet zich een aantal factoren voor, dieprefabricage bemoeilijken.Cement XXI (1969) nr. 6 282Een speciale moeilijkheid voor prefabricageis een gebogen trac? (5), evenals een schevekruising (6)In de eerste plaats zijn de nuttige belastingen hoog en mobiel en zijn de overspanningengroot en variabel. Het gevolg is dat de elementen groot en zwaar worden, met alle trans-port- en montageproblemen die daaruit voort kunnen vloeien.In de tweede plaats is de vorm van bruggen volkomen ondergeschikt gemaakt aan de tra-cering van wegen en wateren, anders dan in de utiliteitsbouw, waar het eenvoudige recht-hoekige stramien normaal is. Scheve kruisingen zijn regel, gebogen trac?'s en variaties inbreedte en verkanting komen herhaaldelijk voor (foto's 5-6). Het realiseren van voldoendegrote series uniforme elementen, respectievelijk het doorvoeren van standaardisatie vanbrugliggers wordt daardoor bepaald niet vergemakkelijkt (al zijn op het laatste punt welvorderingen gemaakt).Het is dan ook een onmogelijke zaak in het algemeen aan te geven wanneer prefabricagew?l, en wanneer niet economisch verantwoord is. (Dat de keuze ook nog kan wordenbe?nvloed door argumenten betreffende bouwtempo, beschikbaar werkterrein, esthetica ofzelfs werkgelegenheidspolitiek stippen we slechts aan). De vele factoren, die daarin mee-spelen zijn bijzonder variabel en kunnen slechts geval voor geval worden afgewogen: eendure prefab-constructie is economisch als het beste alternatief in ter plaatse gestort beton,of eventueel in staal, n?g duurder /'s.'7-8Transport over de weg heeft zijn begrenzin-gen; dit geldt voor water uiteraard veelminder9Soms blijkt prefabricage in een veldfabriekde voorkeur te hebbenBelangrijke factoren zijn: het transport {foto's 7-8), de montage en de assemblage.Bij wegtransport ligt de grens van stuklengte en gewicht rond 20 ? 25 meter, resp. rond 40ton. Is watertransport mogelijk, dan komt men veel hoger: aan de Zeelandbrug zijn elemen-ten tot 500 ? 600 ton gebruikt; de 50 m lange en 150 ton zware liggers voor de brug bijMuiderberg werden te Kats gemaakt. Overigens behoeft men zich niet zonder meer voor hetgat 'wegtransport' te laten vangen: ten koste van het inrichten van een tijdelijke 'fabriek'op de bouwplaats is het transportprobleem te omzeilen. Dat is onder meer gebeurd bij dezijoverspanningen van de Van Brienenoordbrug (foto 9), die eveneens bestaan uit liggers van50 m en 150 ton. Dat was lonend, omdat door de slechte grondslag en de grote hoogte bovenmaaiveld het alternatief een uitermate dure ondersteuningsconstructie zou hebben vereist.In dergelijke gevallen hangt het sterk van de mate van repetitie af naar welke kant debalans doorslaat.Bij de montage spelen soortgelijke overwegingen een rol (foto's 10-11-12). Het meest voor dehand ligt het benutten van bestaande hefwerktuigen als drijvende bokken en mobiele kranen;hoewel de vermogens van de laatste toenemen winnen de drijvende bokken het nog ruim-schoots. Wanneer de bouwplaats niet toegankelijk is voor dergelijk materieel van voldoendehefvermogen, dan kan men monteren met portaalkranen (Nabla-ligger) of montagebruggen(Kleinpolderplein). Dergelijke apparatuur moet speciaal voor een bepaald werk wordengebouwd, hetgeen de kosten verhoogt en alleen op zeer grote werken verantwoord kan zijn.Dat constructief lichtbeton de transport- en montageproblemen zou kunnen verminderen zijhier slechts als mogelijkheid aangestipt.Cement XXI (1969) nr. 6 283Verschillende methoden van monteren, met:een mobiele kraan (10)een montageligger (11)en een drijvende bok (12)Na de montage volgt het assembleren tot een volledige constructie, wat in vele gevallengecompliceerd en dus duur gebleken is. Het is van het grootste belang, dat de constructeurzich reeds bij zijn ontwerp ook de uitvoeringstechnische consequenties grondig realiseert.Op dit gebied zijn bepaald wel vorderingen gemaakt.We kunnen hier een onderscheid maken in constructies, die overlangs (balken) en overdwars(segmenten) in elementen worden verdeeld (foto's 13-14).Wanneer de onderbouw over de volle breedte van het brugdek is voorzien van ten minsteeen onderslagbalk van voldoende breedte, kunnen de balken zonder verdere hulp-constructiesworden 'gestapeld', wat zeer economisch is. (Verkeerstechnisch of esthetisch kan zo'nonderbouw wel eens minder gewenst zijn).Bij kleinere overspanningen wordt de ruimte tussen de i-balken volgestort (fofo !5), waar-door plaatachtige constructies ontstaan; dat is relatief zwaar en een groot deel van de voor-spanning is nodig om het ter plaatse gestorte beton te dragen. Men kan ook over de 1-balkenalleen een druklaag aanbrengen; dat spaart gewicht, ten koste van een bekisting en enigverlies aan dwarsstijfheid.Bij grotere overspanningen vindt men T-balken; assemblage geschiedt door een rijvloertussen of op de flenzen aan te brengen, veelal met dwarsvoorspanning. Klassiek zijn deMarne-bruggen van Freyssinet (foto 16) waarbij de liggers werden samengesteld uit moten,en de bruggen uit de aldus verkregen liggers: het transport werd vereenvoudigd ten koste vanmontage en assemblage. Later werden de liggers uit ??n stuk vervaardigd en samengevoegdtot balkroosters: zuiver statisch gezien economisch, maar ten koste, in tijd en geld, van inhet werk te maken dwarsdragers en rijvloeren. De ontwikkeling gaat dan ook in de richtingvan het weglaten van de dwarsdragers.Een simpele en snelle assemblage-methode is die, waarbij in het werk niets meer te voegenvalt; bij de door Dyckerhoff en Widmann ontwikkelde en ook in Nederland toegepaste contact-bouwwijze worden zuiver gecontramalde liggers koud tegen elkaar gelegd (foto 17). De as-semblage is gereduceerd tot het aanbrengen van dwarsvoorspanning. Beperkingen: de over-spanning is maximaal ca. 20 meter en de kruisingshoek mag niet teveel van 90? afwijken.*)Het allereenvoudigste is het prefabriceren van complete brugvelden. Als voorbeeld, en alstoepassing van fig. 4 kan worden genoemd de 38 km lange brug door het Lake Pont-chartrain.Uit assemblage-oogpunt is het het eenvoudigst deze 'balk'bruggen statisch bepaald te laten;de vele voegen zijn voor het verkeer echter onaangenaam en de bijbehorende rij-ijzers eenzwak punt. Ondanks vele pogingen is een in alle opzichten bevredigende manier van continumaken eigenlijk niet gevonden; goed ?n goedkoop schijnen hier moeilijk samen te kunnengaan.Prefabricage overlangs (balken - foto 13) enoverdwars (segmenten - foto 14)*De indruk bestaat, dat gecontramalde ele-menten in de richting loodrecht op hetcontactvlak slap moeten zijn; experimentenmet de veel stijvere dwarse segmenten(onder meer in Rusland) schijnen nog niet tothet gewenste resultaat te hebben geleidCement XXI (1969) nr. 6 28415Bij kleine overspanningen maakt mendikwijls gebruik van omgekeerde T-balken16Freyssinet paste bij de Marnebruggen voorhet eerst de combinatie prefabricage envoorspanning toe17De door Dyckerhoff en Widmann ontwik-kelde contact-bouwwijze is een voorbeeldvan volledige prefabricage van het brugdekDe verdeling overdwars, in segmenten, wordt uitsluitend toegepast op kokerprofielen; deoverspanningen zijn dan ook gemiddeld groter dan bij toepassing van balken. Wegtransportvan dwarssegmenten is uitzondering, fabricage op de bouwplaats (Nablaliggers) of water-transport (Zeelandbrug, Kleinpolderplein) regel.Hoewel dank zij prefabricage behalve bekistingen ook steigerwerken vermeden kunnenworden, komt montage op steigers voor (Nablaligger, Hammersmith-flyover). (Bij het laatst-genoemde viaduct vindt men afwisselend kokersegmenten en dwarsdragers; meestalworden alleen kokersegmenten gebruikt).Gebruikelijk zijn montageliggers (brug Ol?ron, Zeelandbrug, Kleinpolderplein). Wanneervoldoende inklemming in de onderbouw (hetzij blijvend, hetzij provisorisch) mogelijk is,kan ook 'Freivorbau' met prefab-elementen worden bedreven. In dat geval kan de montagegeschieden met betrekkelijk simpele derrickkranen op de einden van de kraagarmen (brugZwolse Hoek).In het algemeen zijn de elementen vrij zwaar en gecompliceerd en de transport- en montage-apparatuur kostbaar; waaruit volgt, dat de toepassing beperkt zal blijven tot grotere objecten.He samenvoegen kan geschieden met smalle mortelvoegen, met brede betonvoegen, waarinhet zachtstaal van de opvolgende elementen kan worden gelast, en met zeer dunne kunst-stofvoegen. De kunststofvoegen verharden het snelst, zodat daarmee de snelste assemblagemogelijk is.Daar staat tegenover, dat de nauwkeurigheid waarmee de kopvlakken op elkaar passenzeer groot moet zijn, omdat de correctiemogelijkheden vrijwel nihil zijn. Ook de kabelkanalenmoeten zuiver met elkaar stroken.Het uiteindelijke draagvermogen wordt verkregen door langsvoorspanning. Dit heeft alsplezierig facet dat het maken van een continue constructie belangrijk eenvoudiger is dan bijbalken. Een tweede voordeel van deze richting in de prefabricage is dat het maken van eenonderbouw, die beduidend smaller is dan de brugbreedte, eveneens minder problemenoproept, hetgeen gunstig is bij ingewikkelde verkeerssituaties (Kleinpolderplein).Hoewel het voorgaande geen aanspraak maakt op volledigheid, moge er iets uit blijken vanhet aantal en de diversiteit van de problemen die een constructeur moet overwegen alvorenstot een definitief brugontwerp te kunnen komen.contentsPrefabrication in Concrete Bridge BuildingGenerally speaking it Is not possible to statewhether or not It makes sense to decide In favourof pr?fabrication. The decision may also be influen-ced by the speed of building, available site, esthe-tic considerations or even employment policy. Themost important factors, however, are transport,erection and assembly. Road transport is limitedas to dimensions; the many waterways of the Nether-lands offer the possibility of transporting large-dimensioned elements by water. Similar conside-rations play a part with regard to assembly. It isobvious that a choice will be made from existingequipment such as derricks and floating cranes.Assembling Into a complete construction hasproved to be very expensive in many instances. Itis therefore of the greatest importance for thedesigner to fully realize at the design stage thetechnical implications of the construction.sommaireLa pr?fabrication dans la construction des ponts enb?tonG?n?ralement parlant, il n'est pas possible d'indi-quer ? priori quand la pr?fabrication se justifie ounon. La solution ? adopter pourra en outre ?treinfluenc?e par le rythme des travaux, le terrain detravail dont on dispose, des consid?rations esth?-tiques, voire la politique de l'emploi. Les facteursprincipaux restent toutefois le transport, le montageet l'assemblage. Le transport par route se trouvelimit? par la dimension des ?l?ments, mais auxPays-Bas les possibilit?s de transport par eau sontmultiples. Pour ce qui est du montage, les m?mesconsid?rations jouent aussi un r?le. On fera toutnaturellement un choix entre les moyens de trans-port disponibles, tels que ch?vres flottantes etgrues mobiles. L'assemblage en une constructionachev?e, s'est souvent av?r? ?tre fort co?teux. Ilimporte donc que le constructeur tienne bien compteaussi, lors de l'?laboration du projet, des cons?-quences qu'entra?nera telle ou telle ex?cutiontechnique.inhaitVorfertigung im Betonbr?ckenbauIm allgemeinen ist es nicht m?glich anzugeben,wann Vorfertigung Zweck hat und wann nicht. Da-neben kann die Wahl noch durch Bautempo, verf?g-bares Gel?nde, ?sthetik oder sogar Arbeitsbeschaf-fungspolitik beeinfluszt werden. Die wichtigen Fak-toren sind jedoch der Transport, die Montage unddie Assemblage. Der Straszentransport ist was dieAbmessungen betrifft beschr?nkt: das wasserreicheHolland erm?glicht f?r gr?szere Elemente den Trans-port ?ber Wasser. Hinsichtlich der Montage herr-schen ?hnliche Entscheidungsgr?nde vor. Es liegtauf der Hand eine Wahl zu machen aus existieren-dem Material, wie mobilen Kranen und schwimmen-den Hebeb?cken. Das assemblieren zu einer voll-st?ndigen Konstruktion hat sich in vielen F?llenals sehr kortspiefig herausgestellt. Es ist deshalbvon h?chster Wichtigkeit dasz der Konstruktions-ingenieur sich schon beim Entwurf auch gr?ndlichGedanken macht ?ber die ausf?hrungstechnischenKonsequenzen.Cement XXi (1969) nr. 6 285