? bruggenbouw ? algemeen ontwerp?prof.dr.ir.Ph. Van Bogaert, Universiteit Gent - NV TUe Rail, BrusselHetviaductvan Lot, dat onlangs is voltooid,bevindtzlch 7 km ten zuiden van Brussel. Hetis gebouwd om de hogesnelheidslijn Brussel- Parijs over spoor A (richting Mons) van debestaande spoorlijnnaar Parijs te voeren. De HST~sp.oren:zijnbestemd voor.een snelheidvan 220 km/ho Doorde bouwvan ditviaduct is het mogelijkil1Brussel-Zuid de HST-sporentussen de overige sporen te situeren, noodzakelijk voor een effici?nte exploitatie van ditstation.STAAL-BETONVIADUCTVOORDEHOGESNELHEIDSLIJNINLOTEen schematisch overzicht van het verloopvan de spoorlijnen tussen Halle en Brussel-Zuid is weergegeven in figuur 1. Het viaductvormt een kruising onder een kleine hoekvan gemiddeld 0,6?tussen boven- en onder-liggend spoor. Er waren geen randvoorwaar-den die tot een keuze voor een bepaaldeoverspanning konden leiden. Een als kokeruitgevoerde kruising zou een zeer lange(bijna 700 m) betonconstructie zijngewor-den, die in het geheel van de omgeving nietaanvaardbaar werd geacht.Er moest dus worden gekozen voor een via-duct met een nader te bepalen overspan-ning per vak. In tegenstelling tot de Franseoplossingen, moeten voor de aanleg van dea BRUSSEL ZUIDBRUXELLES MIDIbCD Situatie viaduct Lot in baanvak Lem-beek - Brussel-zuida. bestaande situatieb. nieuwe situatie!_GENT. L.5OA!II ICEMENT1997/12HST in Belgi? alle viaducten bestaan uit on-afhankelijke, tweezijdig opgelegde brugdek-ken. De reden hiervoor is de bedrijfszeker-heid. Bij een ongeval op het spoor, of bij aan"rijding van de brug door onderrijdend vracht-verkeer,kan de constructieve schade der-mate groot zijn, dat het viaduct buiten ge-bruik moet worden gesteld. Voor een viaductmet doorgaande bovenbouw betekent dithet buiten gebruik stellen voor vele maan- prefab dwarsdragerden, metdrastische gevolgen voor de exploi-tatie van het spoor. Bij viaducten die be- staal-betonliggerstaan uit onafhankelijke brugdekken be-hoeft enkel het beschadigde brugdek her- @ Dwarsdoorsnede viaduct Lotsteld te worden.Het beginsel van onafhankelijke brugdek-kenisnatuurlijk tegengesteld aan de eis vangrote stijfheid voor treinverkeer met hogesnelheid. Doorgaande viaducten zijn overhet algemeen mindervervormbaar en gevenslechts een gering versterkt dynamisch ef-fecttijdens het passeren van de treinstellen.Bij onafhankelijke brugdekken kunnen zulkeeffecten wel optreden, die niet alleen tot on-gewenste spanningen kunnen leiden, maarook tot verminderd rijcomfort van de reizi-gers, die zelfs behoorlijk door elkaar ge-schud kunnen worden. Uit voorafgaandestudies [1] bleek dat overspanningen tus-sen 40 en 50 mhet meest interessant zijnom een stabiele dynamische respons doorde passerende treinstellen te verzekeren.Sedert het ontwerp van het viaduct van Lotwerden duidelijker richtlijnen vermeld in [2].Rekening houdend met dezegegevens werdgekozen voor een viaduct met zestien over-spanningen, met een lengte per vak van42,60 m en een overspanning van 41,50 m.Het was aanvankelijk de bedoeling het via-duct volledig ter plaatse over het in dienstblijvende spoorte bouwen. Om organisatori-sche redenen is hier later van afgestapt,waardoor het viaduct een aantal evidentekenmerken heeft. Zo moest het bijvoorbeeldvolledig worden geprefabriceerd, opdat hetaantal periodes van buiten dienst stellenvan het onderliggende spoor tot een mini"mum kon worden beperkt. Daarnaast moesthet aantal pijlers worden beperkt, omdat demeeste naast in gebruik zijnde sporenmoesten worden gebouwd.Ontwerp van het viaductEen overspanning tussen 40 en 50 m is eengebied waarvoorweinigstandaard-oplossin-gen voorhanden zijn. Een overspanning van41,50 m voor spoorverkeer komt qua vereistCEMENT1997/12draagvermogen overeen met een brug voorwegverkeer van rond 60 m. Het is duidelijkdat in deze categorie overspanningen geenpasklare oplossingen met voorgespannenof stalen liggers meer mogelijk zijn.Na overwegen van vele voorstellen, waarvanhet ene al ongrijpbaarder was dan het ande-re, werd gekozen voor een bovenbouw instaal-beton (fig. 2). De brug bestaat uittweegeprefabriceerde staal-beton hoofdliggersvanhogesterktebeton C80/95, waartussengeprefabriceerde dwarsdragers van gewa-pend beton met een betonnen dekplaat zijnaangebracht. Op de hoofdliggers wordenstalen vakwerkelementen vastgebout. Debruggen zijn een combinatie en een uitbrei-dingmet schaalvergroting van alle bekendetechnieken zoals voorbuigen, voorspannenmet aanhechtende strengen en naspannenmet kabels.Er is direct een aantal voordelen te onder-kennen. De totaleconstructiehoogte van debrugdekken bedraagt slechts 1,40 m, dank-zij de aan de zijkanten gelegen hoofdliggersen de laaggelegen rijvloer. Alle onderdelendie zich onder het spoor bevinden en dusachteraf moeilijk bereikbaar zijn, zijn van be-ton en bevinden zich in een gedrukte zone,zodat scheurvorming is vermeden. De sta-len gedeelten, die moeten worden onder-houden door schilderen, bevinden zich opgemakkelijkte bereiken hoogte.Hetschilde-ren kan plaatshebben zonder het treinver-keer te moeten onderbreken. Het gebruikvan zijdelingsehoofdliggers heeft in ditgevalook een groot voordeelvoor de onderbouw:de belasting is nietverspreid over een aantalsteunpunten, maargeconcentreerd intwee.Het onderliggende spoor ligtover groteleng-te onder de draagbalken van de pijlers. Ditzijn portalen, waarvan de regel dus in hoofd-zaak op dwarskracht wordt belast en nietzo-zeer op buiging. Hierdoor konden de boven-regels van de portalen met een hoogte vanslechts 1,25 mworden uitgevoerd, waardooropnieuw een kleine constructiehoogte mo-gelijk was. Deze kleine constructiehoogte iszeer belangrijk voor het lengteprofiel van dehogesnelheidslijn.De twee staal-beton hoofdliggers hebbensamen onvoldoende sterkte en vooral onvol-doende stijfheid om twee treinsporen en hetballastbed te dragen. De stijfheidseis kanworden uitgedrukt als een parameter Lly, deverhouding van de overspanning van eenvak tot de grootste doorbuiging ervan onderhet ontwerp-belastingsschema Load Model71 [3], met inbegrip van de dynamische ver-grotingsfactor ~3' Een meer gedetailleerdedynamische studie toonde aan dat voor eenparameterLly = 1300 de bereikte stijfheidruim voldoende is om treinsnelheden tot220 kmIh toe te laten zondercomfortverliesvoor de reiziger. Daarom is op iedere hoofd-ligger een vakwerkopbouw voorzien, die destijfheid aanzienlijk vergroot (foto 3). Om devakwerken te kunnen bevestigen zijn schets-platen aangebracht op de bovenflenzen vande in het beton ingestorte stalen liggers.De pijlers hebben ook een speciale vorm,namelijk afwisselend recht en driehoekig.Op de rechte pijlers bevinden zich beweeg-bare opleggingen, die slechts heel kleine ho-rizontale krachten opnemen. Alle langs-krachten zoals de vrij grote rem- en versnel-lingskrachten, worden opgenomen door dekrukpijlers. Hun vorm is zeer gunstigvoor hetopnemen van horizontale krachten. Ze zijnook voorzien van een stalen kern, die in zijngeheel naar de bouwplaats isvervoerd. Voorhet omringende beton werd een fijnkorreliggranulaatgebruikt, dat overigens metwisse-lend succes werd toegepast. Tezamen metde vakwerkopbouwen vormen de krukpijlerseen wezenlijk element in de totale architec-tuurvan hetviaduct. ~15? bruggenbouw ? constructief ontwerp?? Viaduct met vakwerkliggers en twee typen p?lers@ Stalen ligger in voorgebogen toestand op de spanbank? Staal-betonligger gereed voor betonstorten tweede fase16De pijlers zijn berekend op grotere rem- enacceleratiekrachten dan voorgeschreven in[2], omdat in de betreffende baansectie, zodicht bij Brussel, alle treinstellen ofwel hardzullen remmen, ofwel een grote acceleratiezullen ontwikkelen om snelheid te maken.Esthetica is natuurlijk een subjectieve mate-rie. Over het geheel is de mening dat het ge-ringe aantal pijlers en het samenspel van detwee soorten driehoeken in vakwerken enpijlers, alsmede de kleurkeuze voor de vak~werken, van het viaduct een waardevolleconstructie maken, die past in het ruraal-in-dustri?le karakter van de omgeving.De dienstpaden voor het personeel zijn vanhet eigenlijke spoor afgescheiden door devakwerken. Men kan echter gemakkelijkdoor de driehoeken het spoor bereiken. Omvolledighet zicht op deconstructie te behou-den, zijn de dienstpaden voorzien van eenvolwandigeborstwering van doorzichtige po-Iycarbonaatplaten. Deze moeten volwandigzijn om elk contact met de onderliggendebovenleiding te verhinderen.UitvoeringDe grote opgave bij de bovenbouw van ditviaduct was het bereiken van een overeen-stemmende geometrie tussen de randIig-gers en de stalen vakwerken. De staal-be-tonliggers werden gefabriceerd door voor-buigen van het stalen profiel (foto 4), voor-spannen van strengen, betonneren, afknip~pen en deblokkeren op de betonnen onder-flens van 440 mm hoogte. Vervolgens wer-den in een tweede productiefase de lijfpla-ten en de bovenflens gebetonneerd. De ge-hele doorsnede werd daarna voorzien vanvier naspankabels 19 (3 15. Daarbij moesthetgewichtvan het in detweede fase gestor-te beton op de gehele doorsnede aangrij-pen. De liggers moesten zich 2 mm van hunondersteuning oplichten door het aanbren"gen van de naspanning. Dit is in behoorlijkemate gelukt, hetgeen reeds aangeeft dat devervormingen van de samengestelde liggersvrij goed konden worden voorspeld. Foto 5toont de ligger klaar voor het betonstortenvan detweede fase en voorzien van de kana-len voor de naspanning.De 210 ton zware liggers zijn vervolgens pertrein naar de bouwplaats vervoerd. Bij ditver-voer zijn ze onderworpen aan agressieverbelastingen dan ooitnogzullen optreden. Zois een zijdelingse versnelling tot 0,16g opge-treden en een doorbuiging tot 150 mmo Deaanblik van zulke vervormbare elementenCEMENT1997/12122117112a107160? 140en 120c'0, 100'3..0 80L.g 60~ 40Olw 20g: O+--~""'-~---r---"--~--r---....,....----'i 92 97 102~ fcil, k (N1mm2)(J) Vervormingen staal-betonligger als functie van de karakteristie-ke cilindersterkte na 28 dagena. zeeg staal-betonligger op de bouwplaatsb. verschil in doorbuiging van oorspronkel?ke stalen balk door eigengewicht en van staal-betonligger na betonneren dekplaatc. verschil in zeeg van staal-betonliggerop de bouwplaats en na be-tonneren dekplaat? Vervoer eerste balk per treint?denshet vervoer vervulde velen met afgr?-zen. De aanvoer op de bouwplaats heefteenmaximum bereikt van zes stuks per week optwee treinen. Op foto 6 is het proeftransportvan de eerste balk te zien.Op de bouwplaats aangekomen werden deliggers op hun opleggingen geplaatsten wer-den de dwarsdragers en de betonnen dek-plaat aangebracht. In deze stand diende degeometrie van de liggers overeen te stem-men met die van de reeds geproduceerdevakwerkopbouwen. De voorspellingen vande vervormingen in dit vlak z?n vr? accuraatgebleken. Het plaatsen van de vakwerkendiende ookzodanig plaats te hebben dathetgewicht van 400 kN van elk vakwerk nietzouaangr?pen op de balk all??n, maar op de ge-hele constructie. Dit was mogel?kdoor eerstde bouten van de uiterste diagonalen te be"vestigen en vervolgens naar het midden toete werken. Ook deze hypothese is gereali-seerd. Slechts een tweetal vakwerken rustgedeeltel?k op de staal-betonliggers. Hetmonteren van de vakwerken gebeurde ineen tempo tot zes stuks per dag.VervormingenVan de opeenvolgende w?zigingen in de geo-metrie van de staal-betonliggers werd eenindrukwekkend aantal metingen verricht,onder meerom de staalconstructeurvan devakwerken gerustte stellen ten aanzien vanhet vlotte verloop van de montage. Uit deanalyse van deze metingen kan een aantalconclusies worden getrokken.De vervorming van de liggers was behoorl?knauwkeurig voorspeld. Het bleek echter datde bekende factoren die de uitgestelde ver-vormingen van het beton beheersen, weinigofgeen invloed hadden. Dit z?n bijvoorbeeldde verhouding van de karakteristieke cylin-dersterkte b? het onder spanning brengenvan de betonnen onderflens, respectievel?kvan het beton van de tweede fase, tot de ka-rakteristieke cilindersterkte na 28 dagen.Voor beide waarden werd een grote variatiegevonden b? de 32 liggers.Vastgesteld werd dat de genoemde verhou-dingen van betonsterkten geen significanteinvloed hadden op hetverschil in vervormingvan de oorspronkel?ke stalen liggers onderinvloed van het eigen gewicht en van het af-gewerkte brugdek v??r het aanbrengen vande vakwerken. De vervorming van het afge-werkte brugdek werd gemeten aan de zicht-bare bovenflens van de stalen liggers. Deverhoudingen hadden ook geen noemens-waardige invloed op de b?komende doorbui-ging van de staal-betonliggers door het ge-wicht van de betonnen dekplaat. Hetzelfdeis op te merken ten aanzien van de werkel?-ke ouderdom van de liggers, die toch ver-schilde van 43 tot 210 dagen.De relatie tussen de buigst?fheid van de(stalen) liggers en de karakteristieke cylin-dersterkte na 28 dagen is weergegeven in fi-guur 7. Op deze experimentele w?ze was ookafte leiden dat de elasticiteitsmodulus vanhet hogesterktebeton quasi constant is enaf te leiden was uit:Ec = 9,766 fciI,m0.33waarin fcil?m degemiddeldecilindersterkte is.Sedert plaatsing op het viaduct hebben deliggers geen noemenswaardige vervormin-gen meer ondergaan. De aanwezigheid vande vakwerkopbouwen is daaraan natuurl?kniet vreemd. Aanvankel?k bestond de vreesof de uitgestelde vervormingen wel voldoen-de zouden worden belemmerd door de sta-len profielen en de vakwerken. Het aantalverbindingen is dan ook 50% groter dan be-rekend. Deze vrees is dus weggenomen.Ten slotteNa afwerking van het viaduct werd eenproefbelasting aangebracht, waarb? in allebelangr?ke punten de spanningen werdengemeten. Ook werden de belangr?kstespanningen in overeenkomstige punten vanverschillende vakken gecontroleerd. De re-sultaten z?n nog niet volledig geanalyseerd.Ongetw?feld z?n hieruit belangr?ke conclu-sies te trekken. Het spanningsniveau bleekin alle gevallen vr? laag. De meting van ver-vormingen leek minder relevant, vooral om-dat ze slechts enkele malen de te verwach"ten meetfout bedragen. Zo bleek de gemid-delde doorbuiging door het gewicht van deballast, in alle vakken slechts 12 mm te be-dragen.Het viaduct van Lot kan als een geslaagdetoepassing van hogesterktebeton wordenbeschouwd, in combinatie met staalbouw.Hiermee is tot de voorlopige grens gegaanvan wat momenteel mogel?k l?kt in prefab.Literatuur1. Van Bogaert, Ph., Achtergronden en lei-draad b? de conceptie van bruggen en via-ducten voor de hogesnelheidstrein. HetIngenieursblad, maart 1993.2. CEN-ENV 1991-3, Eurocode 1 - Basis ofdesign and actions on structures - Part 3 :Trafficloads on bridges. March 1995.3. UIC Leaflet 776-2R. Loads to considerforcalculating railway bridges, 3rd edition.Union Internationale des Chemins de Fer,Paris1979. ?CEMENT1997/12 17