themaUnieke oplossingen betonliggers6201472themaUniekeoplossingenbetonliggersDiverse kunstwerken voor OV SAAL Zuidtak uitgevoerd in prefab betonCement_06_2014 72 26-09-14 11:13Unieke oplossingen betonliggers 62014 731 Bouwwerkzaamhedenspoor-fly-over Riekerpolderfoto 1, 2, 4, 7 en 8: Ineke Key Fotografie`Ontkoppelde doorsnede'SchinkelbrugDe Schinkelbrug is een spoorbrug over de Schinkel in Amster-dam, die bestaat uit een vast en een beweegbaar deel. De brugis opgebouwd uit 24 railvormige prefab-betonliggers, verdeeldover drie velden van acht naast elkaar gemonteerde liggers (zieook het artikel `Omgeving bepalend bij Schinkelbrug' elders indeze uitgave). In eerste instantie bestond het brugontwerp uitslankere betonliggers, maar de specifieke stijfheidseisen aan deconstructie leidden tot het ontwerp van een nieuw type, zwaar-dere ligger. In het bijzonder de doorbuiging, hoekverdraaiings-eisen en het voorkomen van te grote trillingen bij de treinpas-sages waren bepalende factoren in het ontwerp. Bovendien wasde spoorconstructie uitgevoerd met directe spoorstaafbevesti-ging (geen ballastbed), waardoor de vervormingseisen strikterwaren dan bij spoor in ballast.In opdracht van Alliantie Amsterdamse WALTZ werd aanvan-kelijk ingezet op een brugbreedte van 11,20 m op basis vanzeven speciale betonliggers met een onderflens en bovenkop.Er werd gebruikgemaakt van een bestaande mal voor hetonderste gedeelte met daarop een bovenkop, zodat eenI-vormige ligger ontstond (fig. 3). Daarbij werd gevarieerd metbreedten van lijf en bovenkop (tussen 1200 en 1500 mm) enhoogten van onderflens (tussen 150 en 250 mm). Het doel waseen optimalisatie in gewicht en stijfheid in relatie tot overspan-ning en doorbuiging.Op het moment dat deze optimalisatie was bereikt, bleek dathet ontwerp van de spoorbovenbouw vertraging had opgelopenen dat de locatie van de bovenportalen (voor de ophanging vande bovenleidingen) niet kon worden vastgesteld. Deze portalenworden gewoonlijk op een nok tegen een kunstwerk `geplakt'.Dit was nu niet meer mogelijk en daarom introduceerde deAlliantie Amsterdamse WALTZ de `ontkoppelde doorsnede' enwerd gevraagd alle kunstwerken, en dus ook de Schinkelbrug,te verbreden, in dit geval tot 12,25 m.Als oplossing werd in eerste instantie bedacht de buitenstebovenkoppen te verbreden in de vorm van een soort vleugels.Er is uiteindelijk gekozen voor een extra, achtste ligger. Eenvariant met tien liggers is ook beschouwd, waarmee het gewichtper ligger aanzienlijk kon worden gereduceerd. Het grote hijs-gewicht van de liggers in combinatie met de hijscapaciteit vankraan en hijsschip werd namelijk als een risico gezien. DePrefab-betonleverancier Betonson (en later Spanbe-ton1) haalde veel uit de kast bij ontwerp, engineering,productie en uitvoering van kunstwerken voor OV SAALZuidtak. De leverancier werd in een vroeg stadiumgevraagd mee te denken over oplossingen voorverschillende kunstwerken. Opvallend was dat hetzwaartepunt van de oplossing de ene keer in hetproduct, de ligger, lag (Schinkelbrug, KW10), de anderekeer in het realiseren van een 3D-legpuzzel in prefabbeton (Pergola, KW25) en de volgende keer in hetmonteren van (zwevende) liggers (Riekerpolder, KW4C).1ing. Frank de Gilde,ing. Jan van Veghel,dr.ir. Hans BongersSpanbeton1) Tijdens de uitvoering van kunstwerken voor OV SAAL hebben Spanbeton enBetonson hun civiele activiteiten samengevoegd in een nieuwe onderneminggenaamd Spanbeton BV te Koudekerk aan den Rijn.Cement_06_2014 73 26-09-14 11:13themaUnieke oplossingen betonliggers62014741440148021501770110270prefab-betonleverancier nam de verantwoordelijkheid voor demontage op zich en koos voor acht liggers van 120 ton per stukper veld (foto 2 en 4). Er zijn 24 nagenoeg identieke liggersgeproduceerd, van 40 m lengte en 2,15 m hoogte. Daarop is eendruklaag van 300 mm aangebracht.De onderflens van de speciale railvormige ligger wordt geken-merkt door zijn grotere dikte. Dit heeft te maken met extraruimte voor de grote hoeveelheid benodigde voorspanstrengen.De totale liggerdoorsnede volgt uit een optimalisatie van stijf-heid en gewicht, nodig om aan de strenge eisen van minimalevervorming en invloed van trillingen te voldoen.Het is een stijve brugconstructie geworden met een strak,ballastloos spoordek. Dit type ligger, waarmee overspanningentot 60 m zijn te realiseren, is toegevoegd aan het standaard-assortiment brugliggers (ZIPXL) van Spanbeton.Pergola ge?nt op prefab filosofieWaar de cruciale oplossing voor de Schinkelbrug lag in eenspeciaal ontwikkeld type stijve ligger, heeft bij de uitbreidingvan de pergolaconstructie ter hoogte van de kruising van hetspoor met de buitenring A10 (KW25) vooral de prefab filosofietot een constructieve oplossing geleid.23Cement_06_2014 74 26-09-14 11:13Unieke oplossingen betonliggers 62014 752 Nachtmontage Schinkelbrug m.b.v. kraan en ponton3 Voor de Schinkelbrug is gebruikgemaakt van eenbestaande mal voor het onderste gedeelte met daaropeen bovenkop, zodat een I-vormige ligger ontstond4 Detail hijsvoorziening SchinkelbrugDe prefab-betonbalken dragen voorts een samenstel van raillig-gers 650/1180 mm: volstort- en plaatliggers. Deze zijn monolietverbonden met de onderslagbalken. Dankzij druklagen over deliggers gaat de constructie als ??n grote schijf werken. Uiteinde-lijk past alles als een 3D-legpuzzel in elkaar (fig. 6).Horizontaal vangt de uitbreiding geheel zelfstandig alle krach-ten op. Ter plaatse van de voegovergang naar de bestaandeconstructie is er verticaal wel sprake van enige interactie. Bijeen treinpassage mogen de verticale verschilverplaatsingenover deze voeg slechts zeer beperkt zijn. De alliantie heeftdaarom in de voeg een dookconstructie ontworpen, waarmeede verticale verschilverplaatsingen worden geminimaliseerd.`Zwevende'liggers RiekerpolderEen uitvoeringstechnisch geavanceerde oplossing betreft demontage van de zwevende betonnen randliggers aan weerszij-den van kunstwerk 4C, de spoor-fly-over Riekerpolder, inopdracht van Alliantie Amsterdamse WALTZ (foto 1 en hetartikel `"Zwevend" dek in fly-over' elders in deze uitgave). Voordit gebogen kunstwerk met een straal van 425 m en een lengtevan 395 m, was een ontwerp uitgewerkt met vier naast elkaargelegen kokerliggers. Deze voor het oog massieve oplossingwerd door de Welstand medio 2011 echter afgewezen.Gevraagd werd een nieuw ontwerp te maken op basis van driekokerliggers met aan weerszijden een zwevende randligger. Opdie manier kwam de fly-over op fraaie centrale betonkolom-Alliantie Amstelspoor had de opdracht de bestaande pergola-constructie uit te breiden voor twee extra sporen. Voorwaardedaarbij was om de uitbreiding als zelfstandige constructie teontwerpen. Het moest een prefab-betonconstructie wordenvanwege de krappe bouwplaats en de pal naastgelegen rijkswe-gen, waardoor verkeersafsluitingen vrijwel niet haalbaar zijn(foto 5). Ruimte om de pergola van in situ beton te vervaardi-gen was er niet. Bij de zoektocht naar een oplossing is dankbaargebruikgemaakt van de bouw van de bestaande pergola in 1987waarbij de constructie was omgezet van in situ beton naarprefab beton.In een optimalisatieproces met Alliantie Amstelspoor isgezocht naar een praktische en kostenbeheerste oplossing. Datbleek een complexe opgave, ook omdat de pergola om architec-tonische redenen een fraaie lijnwerking moest opleveren.Bovendien gaat het om een treinbereden trac?, dat zo weinigmogelijk krachten mag afdragen aan de bestaande constructie.Voor de pergola werd aanvankelijk gedacht aan een systeemwaarbij alle onderdelen driedimensionaal aan elkaar werdenvastgeknoopt, zodat alle verticale en horizontale spoorbelastin-gen effectief naar de fundering konden worden afgedragen. Nagunning bleek dat er meer constructiehoogte beschikbaar was. Ineen eerste trade-off werd aangetoond dat ook een constructie-vorm mogelijk was waarbij het dek als een losse plaat via opleg-blokken werd opgelegd op de ondersteunende kolommen (zieook het artikel `Complexe aansluiting van bestaand naar nieuw'elders in deze uitgave). Deze uitvoeringsvorm had uiteindelijk devoorkeur, omdat hij beter in een prefab denkwijze paste endaarmee minder risicovol en financieel aantrekkelijker was.Daar waar de A10 onder het spoordek door duikt, is in hetontwerp niet gekozen voor een schijf, maar voor een openstructuur van pergolabalken. Op deze wijze wordt een geleide-lijke overgang van `open' naar `dicht' gecre?erd voor de onder-doorgaande automobilist. Deze balken moeten echter eenaanzienlijke aanrijdbelasting kunnen opnemen. Daartoe zijn deeerste balken met elkaar verbonden door een ranke stalenconstructie in combinatie met de randbalk, die het lijnenspel inhet aanzicht benadrukt.Centraal in de constructie staat een kolommenstructuur methierop lange, gebogen balken, opgeknipt in rechte prefab balk-segmenten die de lijn van het spoor of de autoweg volgen. Allebalken liggen via oplegblokken op kolommen. Voornaamsteuitgangspunt was het construeren van een stabiele structuurmet een zo groot mogelijke reductie van ? lastig te vervaardi-gen ? (natte) knooppunten en inklemmingsconstructies metveel wapening. Gekozen is voor een systematiek van samen-werkende prefab-betonelementen en platen, met oplegblokkenen vertanding in de balken. De dragende balken zijn voorzienvan vele inkassingen voor de haaks hierop aansluitende liggers.4Cement_06_2014 75 26-09-14 11:13themaUnieke oplossingen betonliggers62014765 Pergolabalken met uitkragendeSJP flex volstortliggers bij KW256 Overview 3D ontwerp KW257 Detail ophangconstructie hijslusvan fly-over Riekerpolder8 Openbakconstructie aan heteind van iedere randligger? Hoe kan de staalconstructie zodanig worden vormgegevendat het storten van de druklaag en het maken van de defini-tieve koppeling tussen de randliggers en de middenliggers zoweinig mogelijk wordt gehinderd?? Wie garandeert de hijslussen: de prefab-fabrikant of de fabri-kant van de hijslussen?Elke hijslus is afzonderlijk beproefd op de belasting dieoptreedt als de ligger hangt, inclusief veiligheidsfactoren. Nadatde hijslussen met behulp van een mal in de juiste vorm en in dejuiste positie in de randliggers waren ingestort, zijn ze allehydraulisch belast en beproefd. Om de randliggers te kunnenmonteren, werd de staalconstructie over de drie middenliggersopgelegd en met ankers bevestigd. De ankers werden bij elkevolgende montage vervangen om breukrisico te voorkomen.Op deze manier konden de zwevende betonnen randliggers(met een zeer geringe stelruimte) aan de hijslussen wordenmen veel slanker over. Er was echter geen ruimte om hulpcon-structies voor de tijdelijke ondersteuning van deze zwevendeliggers op het onderliggende terrein te plaatsen, waardoor heternaast rijdende verkeer gehinderd zou moeten worden. Dearchitectonische uitstraling van de rand van het kunstwerkwordt verder vergroot door donkere randelementen op dezwevende randliggers, die tezamen met de zijwanden enmiddenwanden de kabelgoten vormen.Hoewel het ontwerp van de gebogen kokerliggers al complexwas, lag de grootste complexiteit in de indirecte krachtsafdrachtvan de randliggers naar de ondersteuning. Dit gold voor dedefinitieve constructie in het gebruiksstadium, maar zeker ookvoor het montagestadium. Er moest een oplossing komen omde zwevende liggers van 100 ton tijdelijk op te hangen. Aange-zien de prefab-betonleverancier ook verantwoordelijk was voorde montage, is hem gevraagd tevens de ophangconstructie uitte werken. Dit werd een combinatie van een ophangconstructievan twee stalen balken over de kokerliggers, geplaatst op eenuitgekiende oplegconstructie met een onderstoel en bovenstoel,verankerd aan het liggerdek en speciale hijslussen in dezwevende betonliggers (foto 7). Bij het ophangen van de rand-ligger tegen de stalen balken zou er een horizontaalkracht in deophanging ontstaan, omdat het kunstwerk in lengterichtingonder een helling ligt. Omdat deze horizontaalkracht onge-wenst was, werd ervoor gezorgd dat de stalen hulpconstructiealtijd horizontaal lag met behulp van stelplaten tussen deonder- en bovenstoel.Belangrijke vragen bij het ontwerp van de tijdelijke ophang-constructie en montage waren:? Hoe wordt de opvang van alle belastingen geborgd?? Hoe wordt de nauwkeurige positie van de hijslussen bij deproductie geregeld?56Cement_06_2014 76 26-09-14 11:13Unieke oplossingen betonliggers 62014 77kokerliggers eveneens 1200 mm hoog zijn en dus in lijn liggenmet de randbalken. Tevens zijn er zes velden, waarbij de driemiddelste kokerliggers zijn vervangen door railliggers. Bijzon-der hierbij is dat een deel van de randkokers taps is uitgevoerdin verband met het in breedte verlopende dek. Alle midden-liggers rusten op elastomeer-oplegblokken, waarbij vasthoud-constructies in dwarsrichting aan beide zijden van de velden(en soms in langsrichting aan ??n zijde) zijn bedacht om dehorizontale krachten op te kunnen nemen en de liggers ophun plek te fixeren.Juiste spoorBij deze drie kunstwerken doken verschillende vraagstukkenop. Behalve specialistische prefab-betonkennis is er ook kennisingebracht over stalen hulpconstructies. In veel gevallen werddaarbij de verantwoordelijkheid bij de prefab-betonleveranciergelegd. Telkens werd de uitdaging aangenomen om samen metde aannemerscombinatie een pasklare oplossing te bieden.Aannemers en leverancier hebben de opdrachtgever op hetjuiste spoor kunnen zetten, ook als een eerder ontwerp onderinvloed van de Welstand of nieuwe spoorplannen moestworden aangepast. OV SAAL is een project waar met recht eeneigen verhaal achter elk kunstwerk zit. ingehesen onder de stalen hulpconstructie. Vervolgens kondende druklaag en de natte knoop van de definitieve koppelingtussen de randliggers en middenliggers bij de kopse eindenworden gestort. De benodigde ruimte voor de uitstekende stek-en verbindingswapening in deze natte knoop is gecre?erd meteen openbakconstructie (foto 8).Voor zes velden zijn de drie centrale kokerliggers (lengtemaximaal 36 m) 2100 mm hoog. De zwevende randliggerszijn 1200 mm hoog. Er zijn ook vier velden waar de centrale78Cement_06_2014 77 26-09-14 11:13