WATERBOUW UlTVOERINGSTECHNIEK COLLOiDAAL BETONRECONSTRUCTIE OOSTOEVERJULIANAKANAALTOEPASSING VAN COLLO?DAAL BETON OP HET TRAJECTBORN-MAASBRACHTir. H.E.Klatter en ing. PJ.Meesen, Bouwdienst RijkswaterstaatHetJulianakanaal is een onderdeel van de 'Maasroute', ??n van dehoofdtransportroutes voor de scheepvaart in Nederland. Het traject Born -Maasbracht heeft in de jaren zestig zijn huidige vorrn gekregen. Na een verbredingis een kanaalpand ontstaan rnet een breedte van ruim 70 rn en een totale lengte van13 km, waarbij het kanaalpeil over vrijwel het gehele traject boven hetoorspronkelijke maaieeldniveau ligt. Het hoogteverschil loopt op tot ca. 7 rn bijMaasbracht. Om weglekken van het kanaalwater naar het grondwater tegen te gaan,is het gehele kanaal voorzien van een waterdichte bodem en taludbekleding.Hiervoor is zowel klei als asfalt gebruikt.Bij de reconstructie heeft rnen collo?daal beton toegepast.ling 1:2 tot 1:2,25) en glad talud moetworden aangebracht.Ten tweede mag de scheepvaart tijdensde uitvoering nietgestremdworden.Ditbetekent dat uitgegaan moet wordenvan een natte uitvoeringswijze.Doordat het kanaal in ophoging ligt, ishet mogelijk het werk volledig droog tezetten. Van deze mogelijkhe?d kan ge-bruikwordengemaaktbij het uitvoerenvan inspecties en werkzaamheden on-der water die veel risico's met zich mee-brengen (zie bijvoorbeeld figuur 1).Hetaantal keren dat dit zal voorkomen isechter beperkt tot hooguit twee week-einden per jaar.1 Drooggezet kanaalTen aanzien van ontwerp en uitvoeringgelden twee beperkende factoren, dievan grote invloed zijn.Allereerst moet de bestaande asfaltbe-kleding intact blijven. Dit betekent datde nieuwe bekleding op een steil (hel-- de overgang tussen 'nat' en 'droog' mi-lieu dient bijzondere aandacht te krij-gen; zo moeten maximale kansenworden gecre?erd voor ontwikkel?ngvan landschappelijke en natuurwaar-den en dient eventueel te water ge-raakte mensen voldoendeheid geboden te worden om de vastewal te kunnen bereiken.Ontwerp taludbekledingBij het ontwerp van de taludbekledingwerd rekening gehouden met de vol-gende eisen:- omdat het kanaal in ophoging ligt,moet de taludbekleding vrijwel volle-dig waterdicht zijn; de waterdoorla-tendheid (kid) mag niet groter zijn dan5xlO-8(m/sec)/m;- de bekleding moet voldoende stabielzijn om belastingen door de scheep-vaart te weerstaan, rekening houdendmet opwaardering van de vaarweg totklasse 5, maximaal tweebaks duw-vaart;- de levensduur moet minimaal 50jaarzlJn;De taludbekleding van asfaltbe-tonwas de laatste tienjaar sterkaan veroudering onderhevig.Met name rond de waterlijn ontstondenin toenemende mate gaten en scheuren.Aangezien dit aanleiding kan zijn totbeschadiging van het dijklichaam zelf,met allegevolgenvan dien, moestvoort-durend gerepareerd worden. Omdateen toenemende achteruitgang ver-wacht werd, is besloten de oevers tenoveren, te beginnen met de oostelijkeoever, aangezien die er het slechtst aantoe is.Begin 1993 is de Kombinatie Rekon-struktie Julianakanaal gestart met devernieuwing van de taludbekleding vande oostoevervan het Julianakanaal; tra-ject Bom Maasbracht.62 Cement 1993 nr. 112 Standaardprofleien oude en nieuwe constructiefietspadfietspadop laboratoriumschaal op te zetten omde mechanismen te doorgronden, aan-gevuld met 1:1proeven op de bestaandebekleding. Hiertoe zijn op zes plaatsenop het bestaande talud blokken met eenoppervlakte van I,Sxl,S rn gestort envervolgens beproefd op afschuifsterkteen reststerkte na afschuiven. Gebleken isdat de aanwezige afschuifsterkte ruimvoldoende is om stabiel te zijn.Isgescheurd beton wel waterdicht?Een eerlijk antwoord op deze vraag is:nee, gescheurd beton is niet waterdicht.Scheurvorming in beton wordt veroor-zaakt door krimp ten gevolge van ver-harding, uitdroging en temperatuur-fluctuaties. De verwachting is dat dekrimp door verharding te verwaarlozenis; de constructie bestaat namelijk voorcirca 60%uit stortsteen, zorgt voor eengelijkmatige warmteverdeling en be-perkt zo de verhardingskrimp. Aange-zien uitdrogingskrimp onder water nietwaarschijnlijk is,blijft krimp bij tempe-ratuurwisseling over.Omdat de tempe-ratuurfluctuatie van het kanaalwaterveelbeperkter isdanvan de buitenlucht,zal de scheurwijdte beperkt blijven totnaar verwachting maximaal 1 ? 2 mm.Deze scheuren zullen gevuld wordenmet slibrijk rnateriaal. De waterdoorla-tendheid van de scheuren blijft daar-door beperkt.De constructie zal weliswaar niet volle-dig waterdicht zijn, zeker niet ter plekkevan eventuele scheuren, maar gemid-deld over de hele oppervlakte voldoenkanaalnieuwe oeverconstructiekanaaloudebreuksteen 5/40 kggepenetreerd metcollo?daal betonde belangrijkste ontwerpproblemenweliswaar opgelost, maar werd echterdirect een aantal lastige vragen opge-worpen:Is de constructie wel uitvoerbaar?Loopt de betonspecie niet net zo hardonder het talud uit als boven erin?Blijft de constructie wel liggen op hetgladde en steile asfalttalud? Schuift hijniet naar beneden?Als beton scheurt, is het dan nog wa-terdicht?Isdeconstructie wel uitvoerbaar?Een probleem bij de gekozen oplossingwas, dat er geen enkele toepassing in depraktijk bekend was op een steil talud.Bij bekende toepassingen, met name inde Duitse kanalen, worden taludhellin-gen tot maximaal I :3 aangehouden. Opeen talud van 1:2 dient het vloeigedragvan de betonspecie zo groot te zijn dathetwel de holle ruimte tussen de stenenvolledig vult, maar niet aan de onderzij-de van het talud uitvloeit. Uitgebreideproeven in samenwerking met CUR-commissie CS8 hebben aangetoond datde constructie haalbaar is (zie PTCivieleTechniek, 1990nr.2 en Land + /iVater Nu,mei enjuni 1991).Schuiftdeconstructie naarbeneden?Een tweede haalbaarheidsprobleem wasde stabiliteit van de constructie op hetgladde asfalttalud. In de literatuur ble-ken geen betrouwbare gegevens be-schikbaar over de afschuifsterkte. Daar-om isbesloten een serie afschuifproevenDe beperking dat de constructiebracht moet worden op het bestaandesteile asfalttalud, leidde ertoe dat heteerste type constructies afviel, De wa-terdichte laag introduceert namelijkeen potentieel glijdvlak, waardoor destabiliteit van de bekleding niet verze-kerd kan worden. Omdathetontwikke-len van alternatieve oplossingen voor destabiliteitsproblernen, door bijvoor-beeld het aanbrengen van veran-keringen of door damwanden, sterkverhogend op de kostprijs werkt, ishier-van afgezien.Men besloot tot de constructie met eengepenetreerde breuksteenlaag. Na kos-tenoverwegingen viel de keuze op een.betonpenetratie.Gekozen oplossingAls renovatieoplossing is gekozen voorhet aanbrengen van een circa 0,4 m dik-ke laag breuksteen S-40 kg, die gepene-treerd wordt met een speciaal soort on-derwaterbeton: collo?daal beton. col-lo?daal beton komt overeen met nor-maal beton, slechts in de verwerkings-fase gedraagt het materiaal zich geheelanders. Dit wordt veroorzaakt door detoevoeging van de collo?dale hulpstof,bestaande uitgemodificeerde natuurlij-ke polymeren, die voor het samenhan-gende en stroperige karakter van de be-tonspecie zorgt.Voorafgaand aan het aanbrengen van denieuwe bekleding wordt eerst de oudebestorting vande bestaande asfaltbekle-ding verwijderd. De aansluiting op dewaterdichte bodembekleding wordtverzorgd door een teenconstructie.Hiertoe wordtover een breedte van 3 meen laagdiktevan circa 0,6 m breuksteenaangebracht. De teen en het talud tot0,4 mboven kanaalpeil wordenvollediggepenetreerd met collo?daal beton. Bo-ven dit niveau wordt volstaan met eendeelpenetratie. De overblijvende holleruimte wordtlater gevuld met teelaardeen ingezaaid.Met de keuze van collo?daal beton lekenGenereren alternatievenIn het voorontwerpstadium is een grootaantal alternatieve constructies be-schouwd. In het algemeen zijn twee ty-pen oplossingen te onderscheiden:- constructies waarin de functies water-afdichting en stabiliteit door verschil-lende onderdelen worden vervuld.Dit zijn bijvoorbeeld constructies meteen waterdichte laag,folie, klei ofder-gelijke, die dan weer afgedekt wordendoor een beschermlaag, bestorting ofbekledingsmat;- constructies waarvan het hoofdele-ment waterdicht en stabiel is, zoalswaterdicht gepenetreerde stortsteen.Cement 1993 nr. 11 63'Octopus' in actie penetrerenbreuksteen met collo?daal beton'Kreeft' in actie:aanbrengen breuksteenOverzichts van de uitvoeringIUITVOERINGSTECHNIEKProfileren breuksteenNa aanbrengen wordt de breuksteenonder profiel gebracht door een hy-draulische kraan, die vanafde kruin vande dijk werkt. De kraan is uitgerust meteen lasergestuurd plaarsbepalings-systeem.Hiermeewordtonderen bovenwater een afwerknauwkeurigheid van+/- 100 mm bereikt.Aanbrengen breuksteenDe breuksteen wordt op talud en berm __ _ _ _ _ _ _aangebracht met een poliepgrijper doorde hydraulische kraan van het werk-schip 'Kreeft' en aangevoerd met sche-pen die langszij het werkschip afmeren.De 'Kreeft' wordt gepositioneerd enverankerd met twee afstandhouders, dieelk zijn bevestigd aan een hydraulischekraan op de kruin van de dijk. Dekraanop de 'Kreeft' is uitgerust met een com-putergestuurd plaatsbepalingssysteem.Hiermee is het mogelijk de poliepnauwkeurig te positioneren.Schoonmaken taludOp de bestaande asfaltbekleding liggenbestortingsmaterialen. Deze wordendoor een hydraulische kraan met kan-telbak van het talud geschraapt zonderhet asfalt te beschadigen. De kraan staatop de ponton 'Ameland', die boven deaan te leggen steunberm is gepositio-neerd. De teenconstructie wordt nauw-keurig op diepte gegraven, gebruikma-kend van een monitorsysteem metdiep-te-aanwijzing.Na het ontgraven van de bestortingwordt het asfalttalud schoongeborsteldmet een speciaal daarvoor aangepasteborstelunit. Ditisnodig omeen optima-le hechting van de nieuwe constructieop de oude asfaltbekleding mogelijk temaken.UitvoeringHetaanbrengenvan de nieuwe oeverbe-kleding heeft plaats tussen maart '93 endecember '93. Het werk zal na uitvee-ring van bijkomende werkzaamheden,zoalsvernieuwing van het fietspad op dekruin van de dijk, in het voorjaar van1994 worden opgeleverd.Achtereenvolgens worden de belang-rijkste werkzaamheden beschreven.AanbestedingOmdat deze constructie voor het eerstin Nederland op zo grote schaal wordttoegepast,is gekozen voor een openbareaanbesteding met voorselectie. Onder-deel van de voorselectie vormde de be-oordelingvan een voor het werkdoor deaannemers in te dienenplan van aanpak.aan de gestelde eisen ten aanzien van dewaterdichtheid./WATERBOUW64 Cement 1993 nr. 11Penetreren breuksteenDe bestorting wordt gepenetreerdcollo?daal beton vanaf de ponton 'Oc-topus', die met afstandhouders, op de-zelfde wijze als de 'Kreeft', star isveran-kerd. Op deze ponton rijdt een hydrau-lische kraan. Aan de arm van de kraanhangt een doseerinstallatie met vierstortopeningen. De stortmonden zijndoor middel van een scharnierend lei-dingenstelsel verbonden met twee be-tonpompen die elk twee stortmondenvoeden. Ook deze kraan is voorzien vaneen computergestuurd plaatsbepalings-systeem waarmee continu de plaats vande stortmonden onder water geregi-streerd wordt. Het beton wordtbracht in twee lagen en in banenvan 2 mbreedte die gedeeltelijk overlappendzijn. De baanlengte is ongeveer 18 m.Het collo?daal beton wordt aangevoerdmet zolderbakken. waarop drie contai-ners met een inhoud van 10 m' staan.Deze containers worden bijeen nabijge-legen loswal gevuld vanuit mixers. Decontainers worden gelost met een twee-de hydraulische kraan op het ponton,die de voorraadbakken van de beton-pompen vult.Boven water wordt het beton met de-zelfde unit aangebracht. Aangezien hetbetonzich boven water minderplastisch .gedraagt dan onder water, wordt in eenaparte werkgang met een aangepastmengsel gewerkt. Teneinde een goedepenetratie van het mengsel in de holleruimte van de steen boven water te ver-krijgen, wordt de steen direct voor hetpenetreren volledig nat gemaakt.Omdat het penetreren van de breuk-steen bepalend is voor het al dan nietwaterdicht zijn van de uiteindelijkeconstructie, wordt aan de procesbeheer-sing en -registratie de nodige aandachtgeschonken:1. Als maat voor het penetratiegedragvan de mortel wordt de zetmaat ge-hanteerd. Deze wordtregelmatig be-paald: in de betoncentrale vlak voorhet laden van de zolderbakken en opde 'Octopus', voordat de mortelwordt verwerkt. De gemeten waar-den worden doorgegeven aan de cen-trale, opdat het proces zonodig kanworden bijgestuurd.2. De rijsnelheid van de kraan met dedoseerinstallatie en deciteit van de betonpompen zijnnauwkeurig op elkaar afgestemd. Dehoeveelheid verwerkt beton per m2talud wordt bepaald aan de hand vanhet aantal slagen dat de betonpompenCement 1993 nr. 11per baan maken. De pompcapaciteitwordt per stortvak gecontroleerd aande hand van de totale hoeveelheid be-ton die in het vak is verwerkt.3. Aanvullend op de gebruikelijke con-troles in de centralewordtregelmatigde uitspoeling gecontroleerd. Verderzijn in de aanloopfase kubussen be-proefd.aan het begin van het verhar-dingsproces, teneinde de sterkteont-wikkeling te controleren in verbandmet de in het bestek ge?iste 24-uurs-sterkte van 2 Nzrnm",KwaliteitsbeheersingHet gevraagde kwaliteitsniveau van hetwerk heeft ertoe geleid dat kwaliteits-zorg bij alle partijen een hoge prioriteitheeft.Ten behoeve van de werkvoorbereidingen de uitvoering heeft de aannemer eenkwaliteitsplan opgesteld, waarin vooralaandacht is geschonken aan organisatieen beschrijving van werkmethoden.Een groot aantal op het werk toegesne-den procedures met bijbehorende for-mulieren is ontwikkeld. Middels dezeprocedures worden onder meer de vol-gende controles uitgevoerd:- de dagelijkse kalibratie van alle opera-tionele computersystemen;- alle peilingen en waterpassingen metbijbehorende uitwerkingen en con-clusies, in combinatie met de onder-water-video-opnamen;- controle van de verschillendesen:baggeren, breuksteen aanbrengenen profileren, beton aanbrengen als-mede de bijbehorende interpretatie;- corrigerende maatregelen indien een(tussen)meetpunt niet voldoet aan degestelde eisen.Survey; peilenmetvideoDe ligging van het schoongemaakte as-falttalud en de aansluiting op de bo-demafdichting worden nauwkeurig in-gepeild. Vervolgens worden na het aan-brengen en profileren van de breuk-steen de laagdikte en vlakheid van hetsteenpakket gemeten. De oppervlaktevan het schoongemaakte asfalt en hetresultaat van de betonpenetratie wor-den onder water beoordeeld door in-specties met videoapparatuur.Kwaliteitscontrole constructieTer beoordeling van het eindresultaatworden kernen uit het talud geboordmet diameters van 0,15m en 0,7 m. Aande hand van de kleine kernen wordt be-oordeeld ofde breuksteen over de volle-?ige laagdikte 'vol en zat' gepenetreerdIS.De waterdichtheid van de constructiewordt gecontroleerd met behulp van deboorkernen meteen diameter van0,7m.OnderzoekOmdathetpenetratiegedragvan het be-ton in de totale constructieeen vrij kriti-sche factor is, heeft er een uitgebreidvooronderzoek plaatsgevonden naar deideale mengselsamenstelling, specifiekafgestemd op de omstandigheden in hetJulianakanaal. Hierbij zijn verschillendebetonmengsels beproefd op penetra-tiegedrag en andere eigenschappen.Ten aanzien van het penetratiegedragzijnde volgende eisen gesteld:- deholle ruimte in hetsteenpakket on-der water moet volledig gevuld zijnmet beton;- boven water moet hetsteenpakketover de onderste helftvolledig wordengevuld met beton;- het beton mag onder in het talud nietuittreden.De bijkomende randvoorwaarden zijn:- een talud van 1:2,25 of 1:2;- een steenpakket meteenlaagdiktevancirca 0,4 m;- Duitse steen (basaltlava);- beton zowel onder als boven water teverwerken.Daarnaast zijn er in het bestek aangaan-de de betonsamenstelling enkele speci-fieke eisen gesteld:- druksterkte na 24 uur: 2 Nz'mm'';- collo?daal beton met gesloten struc-tuur;- uitspoeling maximaal 5%.In de voorbereidingsfase, voorafgaandaan de daadwerkelijke uitvoering, iseengroot aantal proeven gedaan met ver-schillende betonmengsels, zowel op la-boratoriumschaal als in de praktijk. Uitdeze proeven is gebleken dat de volgen-de elementen bepalend zijn voor het pe-netratiegedrag van het betonmengsel:- de zetmaat bepaalt of het mengselgoed in de holle ruimte tussen de ste-nenvloeitzonder dathet onder uit hettalud wegloopt;- de hoeveelheid collo?dale hulpstofbe-paalt de samenhang in het mengsel.Bij teveel hulpstof is het mengsel testroperig, bij te weinig hulpstofspoelter teveel f~n uit en vindt er teveel ont-menging plaats; een bijkomend voor-deel van de hulpstofis dat het beton-mengsel in open bakken vervoerd kanworden zonder dat er ontmengingoptreedt;- het percentage portlandcement datnodig is om de gewenste sterkte na24uur te halen heeft een lichte invloedop de waterbehoefte van het mengsel.65ICOLLO?AAL BETON1UITVOERINGSTECHNIEK!WATERBOUWStand van zakenDe werkzaamheden aan de oever-bekleding zijn inmiddels nagenoeg af-gerond. Wat rest, zijn de aanleg van eenfietspad op de kruin van de dijk, het af-werken van bermen en het aanbrengenvan teelaarde in de holle ruimte tussende stenen op het bovenste gedeelte vande oeverconstructie.Ookhierbij zalhet grootste gedeelte vande werkzaamheden vanaf het waterplaatsvinden.Verwerkte hoeveelhedenVerwijderen van de bestortingsma-terialen op het asfalttalud en de bermBom - Roosteren: 23800 rrr'Roosteren - Maasbracht: 28500 m3Aanbrengen breuksteen 5-40 kgBom - Roosteren: 41000 tonRoosteren - Maasbracht: 98000 tonPenetreren breuksteen vol en zat metcollo?daal betonBorn - Roosteren: 44000m2Roosteren - Maasbracht: 110000 m2Deelpenetratie breuksteen met collo?-daal betonBom - Roosteren: m2Roosteren - Maasbracht: 18000m2Betrokkenen en gegevensopdrachtgever: Rijkswaterstaat directie Limburgdirectie: Bouwdienst Rijkswaterstaataannemer: Kombinatie RekonstruktieJulianakanaal, waarin:- Zinkcon Dekker BV;- Baggermij Holland BV / Wijnands Werkendam BV;-Bitumarin BV;- Aannemingsbedrijfvan den Biggelaar Limburg BV / Conetra BVleverancier collo?daal beton: Mebin BVaanneemsom: f 22.573.000,- (exclusiefBTW)foto's Bob de Ruiter, BetonPrismaIn deze rubriek besproken boeken kunnen wordenaangevraagdbijhetBeton-informatiecentrum vandeverenigingNederlandse Cementindustrie in's-Her-togenbosch. Bij voorkeur via de Beton-Info-fax'073- 40 1284.UndergroundSpaceDesign, AGui-de to Subsurface Utilization and Designfor People in Undergrond Spaces.JohnCarmody & Raymond Sterling. Uitga-ve:Van Nostrand Reinhold, New York,1993,328 pp.Prijs: PublikatieinNederland: InternationalThomsonPu-blishing, postbus 199, 2800 AL Gouda,tel 01820-72130.Het boek bevat de resultaten van eenonderzoeksproject dat is uitgevoerddoor het Amerikaanse UndergroundSpace Center, de universiteit van Min-nesota en het Insriture of Technologyvan de Japanse Shimizu Corporation.Het fenomeen ondergronds bouwen isbeschreven vanuit de optiek van demens die moet leven en werken in ge-bieden met een grote bevolkingsdicht-heid.Werken en verblijven in ondergrondseruimten wordt door de auteur niet aan-geprezen als een ideale oplossing, maargezien alseen mogelijkheid om het leef-milieu bovengronds zo min mogelijkaan te tasten.Omdat de gebruiksmogelijkheden vande ondergrond te veel omvattend zijnvoor ??n publikatie, hebben de auteurshet boek in twee delen uitgegeven.Deel 1,geschreven door prof.dr.R.Ster-ling, begint met een overzicht van desoorten ondergrondse ruimten diemensen zoal gebruiken. Hoofdstuk 2bevat een gedegen behandeling van devoor- en nadelen van ondergrondsebouwwerken. In hoofdstuk 3 wordenondergrondse ruimten, verdeeld naartype en gebruik, beschreven entificeerd. Hoofdstuk geeft een over-zicht van de historische ontwikkelingenhet huidige gebruik van ondergrondseruimten. Deel 1 wordt afgesloten metdrie bijlagen, te weten een theoretischebeschouwing over kosten van boven- enondergrondse bouw, een systeem voorhet catalogiseren van ondergrondsebouwprojecten alsmede een bijlage be-treffende dejuridische aspecten van hetbouwen ondergronds.Deel 2,geschreven doorJCarmody, gaatnader in de belevings- en andereaspecten die van belang zijn bij het ont-werp van ondergrondse ruimtenwaarinmensen moeten werken of verblijven.Het idee dat men zich in een onder-grondse ruimte bevindt, roept bij veelmensen negatieve associaties op.De psychologische effecten worden na-der geanalyseerd en de resultaten be-schreven van onderzoek betreffende deinvloed op mensen bij verblijf in on-dergrondse ruimten. Daarna volgt eenbeschrijving van de methode voor hetontwikkelen van richtlijnen voor hetontwerp. De hoofdstukken 7 t.m. 11 be-handelen vijf belangrijke onderwerpenterverbetering van het leefmilieuin on-dergrondse ruimten. Het betreft richtlijnenvoorhet ontwerp van het uitwen-dige gedeelte en de ingangen, platte-grond en vormgeving van de ruimten,aankleding van het interieur, verlich-alsmede dezlenmgen.De beschouwingen worden toegelichtmet veel voorbeelden en voorzien vantekeningen en grafieken.Het boek wordt aanbevolen voor ont-werpers/architecten die een onderg-ronds(e)ruimte ofgebouw moeten ont-werpen. Ongeacht de aard van de ruim-te, is het te gebruiken als een gids/lei-draad die niet alleen de mogelijkhedenvan de 'ruimte' onder het maaiveldtoont (deel 1),maar (in deel 2)heel con-creet alle aspecten behandelt die bepa-lend zijn voor de kwaliteit van de in-wendige architectuur.Dit boek, waaraan vier jaar is gewerkt,kan zonder meer worden aangemerktalseen standaardwerk voor het ontwer-pen van ondergrondse bouwwerken.G.Chr. Bouquet66 Cement 1993nr. 11