C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 6 45In de huidige spoorlijn liggen desporen op een grondaanvullingtussen twee gemetselde steun-muren, op 6 m boven straatpeil(fig. 1a). Op enkele plaatsenzijn op maaiveldniveau doorste-ken voor het verkeer. In figuur 1bisdeuiteindelijkbeoogdetoestandweergegeven, waarbij het oudeskeletisvervangendooreenbeton-nen bouwwerk met vertakkingennaar verschillende verdiepingen.In het gehele traject van deze hel-ling bevinden zich dus verschil-lende onderdoorgangen, ge?nte-greerd in de steunmuren. Metuitzondering van de ijzeren drie-scharnierboog van de Belgi?lei,zijn dit gemetselde boogcon-structies.O n d e r v a n g i n g v a n d ec e n t e r sDe steunmuren bestaan uit mas-sieve torens, waartussen eenschuin vlak is aangebracht, datwordt overspannen door eengemetseld gewelf (fig. 2). Hetschuine vlak ? de `center' ge-noemd ? wordt op zijn beurtondersteund door een kleinergewelfje (fig. 2b). De eigenlijkeondersteuning bestaat uit eenfunderingsmassief op houtenpalen, destijds gemaakt binneneen houten damwandkuip.De ervaring met de bouw van dePremetro heeft aangetoond dat,mede door vroegere grondwater-verlagingen, de houten palengedeeltelijk zijn verpulverd. Hetlagdanookvoordehanddetorensconstructief opnieuw te onder-steunen, bijvoorbeeld met behulpvan vijzels.Vijzelkrachten moeten wel over-gebracht kunnen worden. Daar-toe moest zekerheid bestaan overde kwaliteit van de bestaande fun-deringen. Deze is onderzochtdoor het beproeven van boorker-nen. Foto 3 toont de samenstel-ling van een uitgeboorde kern.Het metselwerk blijkt vrij homo-geen van samenstelling te zijn,hetgeen veel minder het geval isbij het beton van de fundering.Dit is helemaal uitgeloogd enbezit weinig samenhang, zodathet geenszins kan dienen alsondersteuning voor vijzels; ergernog, de stabiliteit in de huidigetoestand baart zorgen.Ondervanging van geklasseerde kunstwerken in de toegangshellingBerchem ? Antwerpen-CentraalSporen onder eenmonumentaal viaductprof. dr.ir. Ph. Van Bogaert, NV TUC Rail, Universiteit GentHet zuidelijk gedeelte van de noord-zuidverbinding in Antwerpen omvat hetvak Berchem - Centraal Station (CS). Berchem ligt enkele kilometers ten zuidenvan het CS. Het traject bestaat uit een spoorbaan die vanaf 6 m bovenmaaiveld in station Berchem onder een helling naar het CS voert. De sporenmoeten ondergronds, binnen de nauwe grenzen van de bestaande baanworden aangelegd, om een doorgaande verbinding met Nederland te cre?ren.De bestaande baan omvat zogenoemde geklasseerde constructies, dat wilzeggen constructies die op de monumentenlijst zijn geplaatst.In dit artikel worden de achtergronden toegelicht die hebben geleid tot hetconcept van de nieuwe constructie. Daarin speelde het behoud van dehistorische constructies een belangrijke rol, zowel de monumenten opzichzelf, als de dragende functie die zij vervullen.1 | Oorspronkelijke toestand(a) en beoogde eindtoestand(b) in deze situatie valt dezijwand van de constructiebinnen de centersDit artikel is gebaseerd op een lezing tijdens een studiedag georganiseerd door het Technologisch Instituut van het KVIV.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 646Ondervanging met portalenOm deze reden werd gekozenvoor ondervanging volgens eenander principe, namelijk doorinklemming van de gezondegedeelten, de steunberen van detorens, tussen dubbele schoren.De schoren zijn in figuur 2 aan-gegeven en vormen een dubbelschuin been van een portaal, datwordt voltooid met een boven-regel, waarop de dakplaat (spoor-vloer) rust.Naarondergezienlooptdeschoordoor tot in een kettingbalk (rand-balk), die de belastingen over-brengt naar de tunnelwand. Hetgewicht van de torens en dereactie van de gewelfjes wordt opde schoren overgedragen doordeze tegen het torenlichaam aante spannen. Gezien hun kortelengte en de onvermijdelijke slipin de verankering, bezitten dezespanstaven slechts een matig ren-dement.De druksterkte van het metsel-werk is bepaald uit proeven opde uitgeboorde kernen. Tabel 1geeft de proefresultaten van ??nboring.De resultaten zijn gelijkwaardigvoor andere boringen. Het met-selwerk is dus een vrij homogeenmateriaal, waarvan de sterkte ver-gelijkbaar is met een constructie-beton van matige kwaliteit. Dekarakteristieke sterkte werd danook geraamd op 11,5 N/mm2. Demet voorspanning - inclusief ver-liezen - aan te brengen druk werdgeschat op maximaal 5 N/mm2,hetgeen aanvaardbaar is.De gebruikelijke verliezen in detijd dienen beperkt te blijven. Omditinteschattenwerdenkrimp-enkruipproeven verricht. De beidecomponenten werden afzonder-lijk onderzocht op cilindrischeproefstukken van 380 mm hoogteen90mmdiameter.Figuur4geefthettijdsverloopvandevervormingdoor krimp en kruip tezamen vooreen zestal proefstukken.Uit de gemeten krimp- en kruip-vervormingen bleek de effici?ntievan de voorspanning nog heel watgeringer te zijn.Stabiliteit gewelvenHet uitgraven van de achterlig-gende grond om het betonskelet tekunnen maken, vergt een stapsge-wijze opbouw van de klemschorenen een laagsgewijze afgraving vande opvulgrond. Dit is enerzijdsnoodzakelijk om het schuine ach-tervlak van de centers te kunnenondersteunen en anderzijds om tevermijden dat het evenwicht in dezijdelingse drukken tegen detorenmassieven verstoord zouworden. Het opvangen van deschuine vlakken gebeurt doormiddel van stalen profielen, die inde torenmassieven worden beves-tigd (fig. 2c). Het tweede heeft temaken met de stabiliteit van degewelven. Zowel het aanbrengenvan de voorspanning, als enigeandere zijdelingse verschuivingvan de geboorte van een gewelf,veroorzaakt hierin een nieuwekrachtsverdeling (fig. 5).Bij een verplaatsing van ??nvan beide steunberen, volgt uitde elastische boogtheorie eentoename van de buigende mo-menten in respectievelijk de topen de geboorte van een gewelf:monster 1 2 3 4 5 6druksterkte 21,91 19,66 12,57 20,14 25,78 27,32(N/mm2)2 | Aanpassing van de con-structie met schoren, rand-balk en de nieuwe spoor-vloer; in detail de bevesti-ging van schoren tegen desteunbeer van een torena. zijaanzichtb. vooraanzichtc. detail vooraanzicht3 | Boorkern fundering(foto rechtsboven)Tabel 1 | Druksterkte metsel-werk op cylindersh = 180 mm, ?= 91 mmC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 6 4715 EI 15 EIMAA= _____ ; MBB= _____4 f 2 fFiguur 5 geeft de spanningstoe-standen in de top- en geboorte-doorsnedenalsgevolgvandevastebelastingen. Bij verstoring van hetevenwicht veranderen deze span-ningen vrij drastisch. Zou heel tij-delijk een trekspanning wordentoegelatenvan1N/mm2,danvolgtuit de voorwaarden in de door-sneden A en BAA= 11,2 mm en BB= 10,8 mmDeze kleine getalwaarden zijnvanzelfsprekend niet te controle-ren op de bouwplaats. Het on-evenwichtingronddrukaanbeidezijden van een torenmassief isechter wel te verifi?ren. Een ver-plaatsing wordt teweeggebrachtdoor een wijziging van de spat-kracht grootH = 45 EI/r2lUit de meest kritieke waarde vanvolgtdandeafnamevandespat-kracht H en derhalve ook degrondhoogtedieaan??nzijdevaneen torenmassief kan wordenweggegraven, zonder dat ergevaar ontstaat voor het gewelf.Voor f = 1,8 m en l = 11 m is dezegrondhoogte ongeveer 2,40 m.FaseringDe gefaseerde opbouw van deondersteuning van de centers isvoorgesteld in figuur 6. Om ver-zakkingen te vermijden wordeneerst onder de torenmassievengroutkolommen geboord (fase a).Vervolgens wordt een kettingbalk(randbalk)gemaaktenvanhieruitworden tussen de torens be-schoeide sleufpanelen gemaakt.Deze panelen zijn voorzien vankraagstukken, die de onderstegewelfjes ondersteunen (fase b).Als deze steun is verzekerd,kunnen de overige sleufpanelenworden gemaakt en wordt begon-nen met het eerste halve portaalvan de totale constructie. Daar-toe dient in het midden van hettoekomstige halve portaal eenvoorlopig steunpunt te wordengemaakt in de vorm van een twee-ling-boorpaal (fase c). Achter decentervlakken kan dan wordenuitgegraven om de klemschorente maken (fase d). Tijdens dezebewerking worden de onderste? reeds ondersteunde ? gewelfjesdoorbroken bij hun geboorten.Deze bewerkingen worden her-haald voor de tweede portaalhelft(fase e en f). Opgemerkt wordt datgeenenkelportaalgeheelidentiekis. Zowel de afmetingen van detorens als de gehele portaal-breedte zijn voor elke plaats ver-schillend.Als de zijwand van de constructiegeheel binnen de centers kanworden gebracht, wordt het ge-heel zelfs vervangen door ??ngrote diepwand (zie fig. 1b).O n d e r v a n g i n g v a n d eb r u g g e nDe bruggen in de bouwzone zijnachtereenvolgens de gewelvenvan de Arendstraat en de Provin-ciestraat, de ijzeren drieschar-nierboog van de Belgi?lei, hetgewelf van de Plantin en More-tuslei en de gewelven Lange Kie-vitstraat en Ploegstraat. De beidelaatste bevinden zich in de werk-zone van het Eurostation enworden geheel afgebroken omlater als versiering opnieuw teworden gebouwd.Zowel de Arendstraat als de Pro-vinciestraat worden ook geheelontmanteld, met uitzonderingvan hun gevels. Voor de Arend-straat is dit niet anders mogelijk,omdat de bestemming van dedoorgang verandert. Aangezienhet ondergrondse spoor nogonvoldoende is gedaald, komt hettunneldak hier nog te hoog teliggen om voldoende vrije ruimtete houden tussen de onderkantvan het gewelf en het tunneldak.Deze doorgang wordt daarom uit-sluitend geschikt gemaakt voorvoetgangers. De doorgang Pro-vinciestraat krijgt ook een geheelnieuwe inwendige structuur. Indeze zone bevindt zich eentoegang voor hulpdiensten en eentechnische ruimte.Onderdoorgang Plantin enMoretusleiVan de beide andere bruggen isde ondervanging van het gewelfPlantin en Moretuslei het moei-4 | Uitgestelde vervormingdoor krimp en kruip ondervoorspanning, gemeten aanzes proefstukken5 | Spanningen in top- engeboortedoorsneden vanhet gewelftijd (dagen)vervorming(mm/m)AAB0,721 MPa0,281 MPaA - A B - Bl0,319 MPa1,483 MPaB C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 648lijkst. Het gewelf dient eennieuwe fundering te krijgen, dieop haar beurt wordt ondersteunddoor de zijwanden van de tunnel.Omdat er onder dit kunstwerkgeen wissels voorkomen, is hiereen tussensteunpunt mogelijk.Tevens dient een draagconstruc-tie voor het wegverkeer te wordengebouwd (fig. 7).Aan elke zijde bestaat de nieuwefundering van het gewelf uit eenzware betonplaat, ingeklemd intwee kokerliggers die van wandtot wand dragen met een tussen-steunpunt. De beide ondersteu-ningen zijn onder het wegdekverbonden met een plaat, waarinnaspankabels worden aangebrachtom de spatkracht van het gewelf opte nemen.Evenals bij de centers kan geenenkele horizontale verplaatsingvan de welfgeboorte worden geac-cepteerd, ook niet tijdens de bouwvan de nieuwe constructie. Eenverplaatsing van 10 mm van ??nzijde van de welfgeboorte veroor-zaakt een zakking van de welftopvan 61 mm, hetgeen ontoelaat-baar is. In het bouwproces dienende spatkrachten derhalve steedsgecompenseerd te worden doorvoorlopige steunen.Wat defaseringbetreft,omdathetverkeer steeds doorgang moet6 | Gefaseerde onder-steuning van de centersa. boren groutkolommenb. kraagstukken ondersteu-nen de onderste gewelfjesc. voorlopig steunpunt inhet midden van een halfportaald. ontgraven voor aan-brengen klemschorene. en f. bouw tweedeportaalhelfta bc de fC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 6 49vinden, wordt het verkeer over dehalve rijbaan gevoerd en wordtdus in twee helften gewerkt.T e n s l o t t eHoewel de omvang van de op terichten constructies groter is dangebruikelijk voor ondergrondsespoor- of metrolijnen, blijven degebruikelijke beginselen onver-minderd gelden. De noodzaak debestaande constructies indirect teondervangen, hebben het ont-werp van de toegangshellinggecompliceerd gemaakt.Het gebruik van diverse voor-spansystemen heeft hiervoor eenoplossing mogelijk gemaakt. Deinteractie tussen voorspankrach-ten en grondreacties - en daaruitvoortvloeiend het rendement vande voorspanning - blijft een opvoorhand moeilijk te begrotenelement. Gevolg hiervan is dattijdens het bouwproces diversemetingen verricht dienen teworden en in het ontwerp veilig-heden werden ingebouwd. Zowerden er onder meer voor onge-veer 50% van de aanvankelijkberekendevoorspankrachtenvrijekanalen voor bijkomende voor-spanning voorzien. Zowel ver-plaatsingen, krachten als span-ningen zullen worden gemeten.Vanzelfsprekend zullen hieruitbelangwekkenderesultatenvolgenvoor toepassing van voorspanningin ingegraven constructies.Hoewel losstaand van de hiervoorvermelde problematiek, is thanseen eerste experiment aan degang om het draagvermogen ende wrijving van de boorpalennauwkeuriger in te schatten. Hetgebrek aan overeenstemmingtussen diverse rekenmethodesvoor deze palen heeft geleid tothet uitvoeren van deze proef opware grootte.De zorg voor het behoud van decenters, bruggen en het stations-gebouw is ingegeven door hunzichtbare aanwezigheid. De ont-werpen om er een nieuwe infra-structuur in aan te brengenpassen volledig in een heden-daagse tendens in Belgi? ommobiliteit en techniek te verber-gen achter historische gevels. Hetblijkt dat hiervoor een grote reeksconstructieve maatregelen nodigis, die de prijs bepalen voor deinstandhouding van de betrokkengeklasseerde kunstwerken. sToegang vanuit het zuidennaar het kopstationAntwerpen CS (foto boven)Aansluiting ringspoor metde lijn Antwerpen - Brussel;in aanbouw de inrit van detunnel die naar AntwerpenCS voert (foto onder)foto's: Guido Coolens NV7 | Eindtoestand onderdoor-gang Plantin en Moretuslei