Verbinding tussen buispalen en landhoofden bij integraalviaducten Twee mogelijke verbindingen met elk hun eigen aandachtspunten 1 Blokdeuvelverbinding aan wand buispaal 1 30?CEMENT?4 2023 De integraalviaducten in het pro- ject Ring Groningen Zuid bestaan uit prefab liggerdekken die mono- liet zijn verbonden met een beton- nen landhoofd. Deze landhoofden zijn gefundeerd op stalen buispalen of een combi- wand. Tijdens de ontwerpfase zijn diverse oplossingen voor de verbindingen tussen palen en landhoofden de revue gepasseerd. Uiteindelijk hebben de uitvoeringsteams een definitieve keuze voor het verbindingstype gemaakt, op basis van een voorkeur voor de uitvoeringswerkzaamheden. Dit heeft voor vier kunstwerken geleid tot de toepassing van blokdeuvelverbindingen en voor één kunstwerk voor een verbinding met beton- prop. In dit artikel zijn de technische aspec- ten van beide verbindingstypen beschreven en zijn de uitvoeringstechnische voor- en nadelen uiteengezet. Type 1: Verbinding met blokdeuvels Een van de mogelijkheden om de combi- wand of de buispalen te verbinden met een betonnen landhoofd, is door middel van een blokdeuvelverbinding (foto 1). Dit is een ver- binding waarbij rondom de buispalen op verschillende posities over de hoogte stalen strippen zijn gelast. De buispalen zijn ver- volgens over een bepaalde hoogte opgeno- men in het beton van de landhoofden. De basisgedachte hiervan is dat de krachten (normaalkracht en moment) kunnen wor- den overdragen door middel van afschui- ving met de buispaal. Dit type verbinding is uitgevoerd bij het via- duct over de Concourslaan Noordzijde, de brug over het Noord-Willemskanaal, het via- duct over de Brailleweg en het viaduct over het Europaplein, allemaal integraalviaduc- ten. De maximaal toegepaste buisdiameter bij deze viaducten bedraagt Ø1016 mm (staalsoort S355J2H+N) en de maximale overspanning van het dek bedraagt 42,5 m. Als alternatief op de blokdeuvels is tij- dens het ontwerpproces tevens naar de mo- gelijkheid van het toepassen van stiftdeuvels gekeken. Dit verbindingstype bleek echter niet haalbaar. Stiftdeuvels zijn immers maar tot een diameter van Ø16 mm horizontaal aan te brengen en deze diameter heeft te weinig capaciteit voor de optredende krach- ten van de beschouwde viaducten. Bij een grotere diameter kan conform ISO 14555 uitvloeiing van het lasbad plaatsvinden bij het horizontaal lassen van de stiftdeuvels. Daarnaast zullen de optredende momenten, door de grotere flexibiliteit van de stiftdeuvels ten opzichte van de blokdeuvels, in verhou- ding meer door het wrik- dan het afschuif- mechanisme naar de landhoofden afdragen. Dit kan nadelig zijn voor het betonwerk, waardoor meer wapening benodigd is. Ontwerp blokdeuvelverbinding In Bijlage F van Eurocode 4 Staal-betoncon- structies (NEN-EN 1994-2+C1/NB) zijn reken- regels gegeven voor de maximale capaciteit van blokdeuvels (fig. 2). Daarnaast geeft CUR-Aanbeveling 77 (Rekenregels voor ING. KLAAS WIERSMA PMSE Constructeur Witteveen+Bos IR. ESLI BOSMAN Constructeur Witteveen+Bos auteurs Een verbinding tussen een buispaal en een landhoofd kan op verschillende manieren worden gerealiseerd. Bij het project Ring Groningen Zuid worden meerdere integraalviaducten gebouwd, waarbij twee mogelijke verbindingsmethoden zijn onderzocht en toegepast. CEMENT 4 2023 ?31 ? v ? h D= Ø buis H ? ongewapende onderwaterbetonvloeren) randvoorwaarden voor het toepassen van stalen strippen bij palen. Voor de uitwerking van de blokdeuvels zijn de rekenregels en randvoorwaarden uit zowel CUR-Aanbeve- ling 77 als Eurocode 4 gehanteerd. Hieruit volgt: De palen moeten langs de gehele omtrek worden voorzien van ribbels. De palen moeten over de gehele hoogte die in het beton wordt meegestort, worden voorzien van ribbels. De ribbels moeten aan de volgende geome- trie voldoen: ? ribbeldiepte = t 25 mm ? t ? 35mm ? ribbelafstand = a t 85 mm ? a t ? 120mm Voor de maximale spanning geldt: ? c,max = C A f ck / ? c ? 1,7 f ck / ? c ?C A is een factor gelijk aan ?(A f2 / A f1 ) met een ma ximum van 2,5 voor normaalbeton respectievelijk 2,0 voor lichtbeton Afschuif- en wrikmechanisme Doordat de buispalen over een zekere hoog- te opgenomen zijn in het betonwerk, zal naast het mechanisme van afschuiving ook wrikken van de buispaal optreden. De ver- houding tussen het wrik- en het afschuifme- chanisme kan worden ingeschat op basis van de optredende rekken. Doordat de buis- paal over een beperkte lengte in het beton is opgenomen, heeft deze een relatief grote buigstijfheid en kan de verhouding worden ingeschat door middel van een star lichaam. Dit geeft een lineaire rekverdeling (fig. 3). Als de buispalen over een grote lengte worden opgenomen in het beton, is een lineaire rekverdeling niet meer realistisch. Door de onzekerheid in de verhoudingen tussen beide mechanismen, is gekozen om beide bezwijkmechanismen, het wrik- en het afschuifmechanisme, op de volledige kracht te ontwerpen. 2 Betonafschuifweerstand van een blokdeuvel conform NEN-EN 1994-2+C1 NB 3 Verhouding tussen verticale en horizontale rekken 2 3 32?CEMENT?4 2023 Het is ook mogelijk om wel de verhoudingen op basis van rekverdelingen aan te houden, maar hierbij moet dan wel voldoende reke- ning worden gehouden met afwijkingen ten opzichte van deze inschatting. Spanningsverdeling in het beton Door het wrikmechanisme ontstaan beton- spanningen langs de buispaal. De spannings- verdelingen kunnen op verschillende wijzen worden verondersteld. Bij rekken lager dan de betonstuik zijn twee voor de hand liggende verdelingen: een sinusoïde op het projectie- vlak van de buispaal (fig. 4a) en een sinusoïde langs de buispaal (kwadratische sinusoïde) (fig. 4b). Verticaal moet in dit geval, dus als geen betonstuik plaatsvindt, een lineair ver- loop worden aangehouden. Voor een spanningsverdeling van een sinuso- ïde op een vlakke plaat resulteert dit in: () ?? =? ???? ??bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t Waarin ? h de maximale betondrukspanning betreft, Ø buis de diameter van de buis en H de hoogte van de buispaal in het beton. Dit resulteert in de volgende (wrik)kracht en (wrik)moment: =? wrik h buis 2 F? ? Ø H = bu his 0,159Ø?H = buiswrik h 16 ? F? ØH =? wrik h buis 2 F? ? Ø H = bu his 0,159Ø?H = buiswrik h 16 ? F? ØH () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t Voor de spanningsverdeling van een kwadra- tische sinusoïde geeft dit: () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin 2 z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t =? wrik h buis 2 F? ? Ø H = bu his 0,159Ø?H = buiswrik h 16 ? F?ØH () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) ()=? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t In tabel 1 zijn de relaties tussen de verschil- lende spanningsverdelingen weergegeven. Het lineaire en uniforme spanningsverloop zijn enkel ter vergelijk toegevoegd. Door in bovenstaande formules uit te gaan van een lineair spanningsverloop wordt geen stuik van het beton aangehouden. De reken- waarde van het optredende wrikmoment moet namelijk kleiner zijn dan de minimale waarde van M wrik op basis van bovenstaande vergelijkingen waarbij ? h ? f cd . De ma ximale verhouding tussen beide aannamen van de spanningsverdelingen heeft een waarde van ?²/8 ? 1,23. Daarom moet steeds worden nagegaan welke verge- lijking voor welk doel wordt gebruikt. 4 Een sinusoïde op het projectievlak van de buispaal (a) en een langs de buispaal (b) Voor de verbin- dingen tussen palen en land- hoofden kan voor een blokdeuvel- verbinding of een verbinding met betonprop worden gekozen Tabel 1?Relatie tussen spanningsverdelingen lineair verlopende spanning sinusoïde kwadratische sinusoïde uniforme spanning F = ? · Ø huis · H · ? h ? = 0,125 0,159 0,196 0,250 M wrik = ? · Ø huis · H 2 · ? h ? = 0,083 0,106 0,131 0,167 4b4a CEMENT 4 2023 ?33 H Ø buis+ 2t Ø buis M wrik M deuvel V In verband met de verlopende betondoor- snede rondom de palen, moeten beide span- ningsverdelingen worden beschouwd om te bepalen welke maatgevend is voor de toet- sing op dwarskracht en moment (zowel horizontaal als verticaal) in de betonschil zowel voor als achter de paal. De spannings- verdeling conform de sinusoïde resulteert in de laagste momentcapaciteit voor M wrik , en is dus maatgevend voor het maximaal in te leiden moment vanuit de paal. De kwadra- tische sinusoïde zal echter bij een gegeven moment maatgevend zijn voor de bepaling van de wrikkracht. Betonconstructie Beide bezwijkmechanismen, afschuiving en wrikken, zijn relevant voor de toetsing van het betonwerk. Doordat de krachten voor een groot gedeelte moeten worden overge- dragen door de blokdeuvels, is het van groot belang dat het beton rondom deze verbin- ding voldoende sterkte haalt. Met een goede verdichting van het beton rondom de blok- deuvels en een maximale korrelgrootte van het toeslagmateriaal van 16 mm, moeten grindnesten en het nazakken van het beton worden voorkomen. Als gevolg van het wrikmechanisme en de dwarskracht vanuit de buispaal wordt een drukkracht uitgeoefend op het beton- werk (fig. 5). Plaatsingstoleranties van de buispaal dienen hierbij in acht te worden genomen. Hieruit volgt een maatgevende minimale doorsnede van het beton. De interne krachten zijn bepaald door middel van een 2D-plaatberekening. Hierop zijn de optredende betonspanningen als be- lastingen ingevoerd en is de variërende dik- te van het beton in rekening gebracht. De overspanning is bepaald aan de hand van de diameter van de buispaal en de afstand tot de zwaartelijn van de horizontale ophang- wapening per zijde. De dwarskrachten, zo- wel in het horizontale als het verticale vlak, die ontstaan door het wrikken, zijn gecon- troleerd in de toetsing. Naast de buispalen is horizontale op- hangwapening aangebracht. Deze ophang- wapening moet de dwarskracht en de wrik- kracht kunnen opvangen. Deze wapening is vanwege de uitvoerbaarheid uitgevoerd in de vorm van dubbele haarspelden (fig. 6). Om de krachten vanuit het afschuifmecha- nisme op te kunnen nemen in het beton, wordt verticale ophangwapening aange- bracht. Door de momenten die aanwezig zijn in de verbinding, ontstaan drukspan- ningen aan de onderzijde van de blokdeuvels aan de grondzijde en aan de bovenzijde van de blokdeuvels aan de voorzijde van het landhoofd. Om afspatten van het beton aan de onderzijde van de grondzijde te voorkomen, moet de kracht vanuit deze deuvels binnen 5a 5b Bij de blokdeuvel- verbindingen treedt naast het mechanisme van afschuiving ook wrikken van de buispaal op 5 Momentenverloop over buispaal in beton ten gevolge van wrikken (a) en afschuiving blokdeuvels (b) 34?CEMENT?4 2023 6 6 Wapening rondom buispaal de aanwezige ophangwapening worden afge- dragen. Als deze ruimte er niet is, kan de onderste blokdeuvel aan deze zijde beter worden weggelaten. Aan de grondzijde wordt verticale wapening opgenomen in de vorm van haarspelden en T-headed bars. De splijt- krachten die ontstaan door de T-headed bars, worden opgevangen door beugelwape- ning in de korf naast de buispaal. Afhankelijk van de dikte van de beton- schil voor en achter de paal, inclusief het in rekening brengen van de plaatsingstoleran- ties van de paal, kan het wrikmechanisme tot hoge schuifspanningen leiden. Als de dwarskrachtcapaciteit maatgevend is voor de toetsingen, moet een beperking worden gesteld aan de betonrek om te voorkomen dat de maximale dwarskrachtcapaciteit (V Rd,max ) wordt overschreden. De verhouding tussen de verticale en horizontale rekken en hiermee de verhou- ding tussen het afschuifmechanisme en het wrikmechanisme, geeft tevens een beper- king van de maximaal toelaatbare rek in de verticale ophangwapening die, ook als het afschuifmechanisme op de volledige moment- capaciteit wordt berekend, niet mag worden overschreden. Voor mogelijke afwijkingen in de werke- lijke rekken wordt aanbevolen om rekening te houden met een variatie op de theoretische rek. Met behulp van de berekende rek wordt de toelaatbare spanning bepaald en hiermee de benodigde hoeveelheid verticale ophang- wapening. De inwendige hefboomsarm wordt berekend op basis van de posities van de aanwezige wapening en het aangrijpings- punt van de drukspanning. Staalspanningen Naast het beton moeten ook de staalspan- ningen in de buispaal worden getoetst. Er kan onderscheid worden gemaakt in staal- spanningen op globaal en lokaal niveau. De globale spanningen worden berekend aan de hand van de globale interne krachten in de buispaal (normaalkracht, dwarskracht en moment). Als gevolg van het wrikmecha- nisme ontstaan ringdrukspanningen in de buispaal. De ringdrukspanningen moeten worden meegenomen in de analyse van de spanningen in de buispaal. Op lokaal niveau treden staalspannin- gen op ter plaatse van de inleiding van de krachten op de blokdeuvels in de wand van de buispaal. Het lokale moment genereert spanningen loodrecht op het vlak van de buispaalwand. De verdeling is afhankelijk van de toe te passen lasverbinding. De ver- deling in figuur 7 geldt voor FP-lassen. Voor de spanningen geldt: () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) () =? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø ?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) () =? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø ?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t () ?? =? ???? ?? bui h s 2 , sin ?z ?x Ø zx ? H =? bu h is 2 F? ? Ø H =? hbuis 0,159 ?HØ = s 2 wrik hbui 1 3 ØMH ? ? = 2 hbuis 0,106H?Ø ( ) () =? ? h , sin z ? z? ? ? H = shbui 16 ? F?ØH = bu his 0,196Ø ?H = s 2 wrik hbui 24 Ø ? MH ? = 2 hbuis 0,131H?Ø ?? =+?? ?? buis Ed,r v 22 tt m ?t () = + Ed s,m,r 2 1 buis6 m ? bt = 1 Ed2 s,m,z 21 buis6 m ? t Doordat de blokdeuvels onder andere een staalspanning geven loodrecht op de buis- paalwand, moet lamellaire scheurvorming CEMENT 4 2023 ?35 b+ t buisb t buis t t buis t door middel van de klasse van de Z-kwaliteit worden getoetst. Uiteindelijk moeten de staalspannin- gen op de juiste locaties en richtingen met elkaar worden gecombineerd. De driedimen- sionale spanningen kunnen vervolgens door middel van het Von Mises-criterium worden getoetst aan de vloeispanningen van het materiaal. Daarnaast moet rekening worden ge- houden met vermoeiingswisselingen en de aanwezige lassen (spiraallassen, langsnaad etc.). Omdat de kunstwerken vallen in gevolg- klasse CC3, is voor de uitvoeringsklasse van de lassen EXC3 aangehouden. Standaard geldt daarbij een kwaliteitsniveau B90 volgens NEN-EN 1090-2 en NEN-EN-ISO 5817. Voor de lassen van de blokdeuvels geldt conform NEN-EN 1994-2/NB dat deze op 1,2P Rd moeten zijn berekend. De spanningen die zijn bepaald met behulp van de handberekeningen, zijn ge- controleerd door middel van een eindige- elementenmodel (EEM). Het bovenste deel van de buispaal inclusief blokdeuvels is ge- modelleerd. Dit EEM-model is opgebouwd uit 2D-plaatelementen en 2D-schaalelemen- ten in een 3D-omgeving. Type 2: Verbinding met betonprop In plaats van aangelaste blokdeuvels is het ook mogelijk om de verbinding tussen palen en landhoofd te realiseren door middel van een betonprop in de palen. Een dergelijke verbinding is toegepast bij het viaduct in de N7 over de Paterswoldseweg (foto 8). Dit Aan de paal aangelaste wapening in de betonprop moet worden verankerd in het landhoofd 8 7 Spanningsverdeling in aansluiting blokdeuvel met wand buispaal 8 Viaduct in de N7 over de Paterswoldseweg 7 36?CEMENT?4 2023 kunstwerk is een integraalviaduct met een overspanning van 41 m. De constructie is ontworpen met ­stalen buispalen Ø1220 mm x 20 mm ( staalsoort S355J2H+N), maar in verband met de verkrijgbaarheid uitgevoerd met spiraalgelaste buizen (staalsoort API 5Lx70). Lastinleiding in de palen Vanuit het landhoofd moeten dwarskrachten, druknormaalkrachten en momenten worden overgedragen aan de palen. De rekenwaar- den van de belastingen aan de bovenzijde bedragen per paal ongeveer: V Ed = 570 kN, N Ed = -3450 kN en M Ed = 5400 kNm. Het moment wordt via de toe te passen betonprop door middel van het wrikmecha- nisme in de palen geleid. De dwarskracht wordt direct vanuit de landhoofden aan de bovenzijde van de buispalen ingeleid. Aange- zien onder de betonprop geen draagkrachtige grond in de paal aanwezig is, kan de normaal- drukkracht niet via de betonprop worden ingeleid. Vanwege krimp van het beton in de paal mag conform de ROK niet worden uit- gegaan van wrijving tussen beton en staal. Daarom zijn langs de omtrek van de buis- paal staven aangelast voor de opname van de normaalkracht (foto 9). Het lassen van betonstaal is uitgevoerd in overeenstemming met NPR 2053. Door het voorschrijven van NPR 2053, BRL 503 en BRL 0512 wordt voorkomen dat de materi- aalsterkte van het betonstaal door het toe- voegen van te veel laswarmte, afneemt. Voor de lassen is ook hier de uitvoeringsklasse vastgesteld op EXC3. Naast de inleiding van de normaalkrachten, zijn de aangelaste stekken ook deels gebruikt voor de inleiding van het moment. Hierbij is een optimum gezocht tussen de toe te passen wapening in de betonprop (GEWI-staven) en de aangelaste stekken. De mogelijke posi- 9 9 Aan de buispaal gelaste staven CEMENT 4 2023 ?37 C 5.400 kNm 570 kN 500 1.234 1.234 2.968 950 700 2.978 kN 2.978 kN ?= 60° 3.705 kNm 570 kN 3.705 kNm 5.400 kNm M buispaal M betonprop 4.900 kNm ? c ? c 1 2 3 A B D E 1.180 ? R ties van de verticale wapening uit de palen in relatie tot de onderwapening in de land- hoofden zijn daarbij leidend geweest (fig. 11). Het totale moment van M d = 5400 kNm wordt dus deels opgenomen door de aange- laste stekken en deels door middel van het wrikken van de betonprop in de palen. De verhouding is weergegeven in figuur 10. Voor het deel dat door het wrikmecha- nisme in de buispalen wordt geleid, is uitge- gaan van een drukdiagonaalhoek van ? = 60° (fig. 10). Deze hoek valt binnen de marges zo- als gegeven in NEN-EN 1992-1-1: 1 ? tan ? ? 2,5. Door het aannemen van een kleinere druk- diagonaalhoek worden, door de kleinere in- wendige hefboomsarm, de ringtrekspannin- gen in de stalen buizen hoger. Een grotere drukdiagonaalhoek leidt tot een langere betonprop in de palen. De hoek van ? = 60° bleek voor deze situatie een goed optimum te zijn tussen enerzijds staalspanningen in de buispaal en de benodigde betonproplengte. Vanaf de onderzijde van de betonprop moet de wapening worden verankerd. Vol- gens ROK1.3 moet daarvoor twee maal de benodigde verankeringslengte worden aan- gehouden. Voor de betonsterkteklasse mag volgens ROK1.3 bij storten in den droge maximaal met C28/35 worden gerekend. Dit heeft uiteindelijk geleid tot een lengte van de betonprop van 8,5 m, gemeten ten opzichte van de onderzijde van het landhoofd. Voor het beoordelen van de lastinleiding door wrikken (t.g.v. het moment), is in de buis een inwendige rechthoekige doorsnede aangenomen (fig. 10). Bij de aangehouden drukdiagonaalhoek, kan een verhouding tussen breedte en hoogte worden gevonden waarbij de ringtrekspanningen in de stalen buis minimaal zijn en voor de betonspanning geldt dat ? c,max ? f cd . 10 Inleiding moment in buispaal 10 38?CEMENT?4 2023 2.000 225 275 275275 275250 100 100 aangelaste wapening GEWI-staven 225 Omdat met een inwendige rechthoekige door- snede is gerekend, zijn de betonspanningen uit dit model gemiddelde waarden. In dit geval over b = 700 mm (fig. 10). Door het inte- greren van de spanningsverdeling over de aangenomen breedte, kan de verhouding tussen de gemiddelde en de maximale druk- spanning worden bepaald (kwadratische sinusoïde): ? c,? = ? c,max · cos(?) dq = ? c,? · dr = ? c,max · cos(?) · R · d ? · cos(?) ?? = ? c,max · cos 2 (?) · R · d ? q = ? c,gem · b = 2 · ? c,max · R · [½ ? + ¼ · sin(2?)] Vervolgens is de verdeling van momenten en dwarskrachten in de stalen buispaal bepaald en zijn de staalspanningen op de niveaus 1 tot en met 3 en op de posities A tot en met E gecontroleerd. Voor de toetsing op sterkte zijn de vergelijkingsspanningen bepaald en voor de toetsing op vermoeiing de spanningen loodrecht op en evenwijdig aan de spiraal- lassen. Bij de toetsing op vermoeiing is het belangrijk te realiseren, dat het voorschrijven van EXC3 en kwaliteitsniveau B90 volgens NEN-EN 1090-2 betekent dat de detailcatego- rie boven 63 en niet hoger dan 90 is. Welke detailcategorie tussen genoemde grenzen van toepassing is, hangt af van de overdikte van de lassen conform NEN-EN 1993-1-9. In dit geval is de toetsing op vermoeiing uitge- voerd voor detailcategorie 71. Lastinleiding in het landhoofd De benodigde wapening in de palen moet worden verankerd in het landhoofd. Een aandachtspunt is het raakvlak tussen de paalkopwapening en de onderwapening in het landhoofd. Conflicten tussen de paalkop- wapening en de onderwapening in het land- hoofd moeten worden voorkomen (fig. 11). Omdat de aan de buiswand gelaste wape- ning de normaaldrukkrachten opneemt en via de betonprop geen druk kan worden af- gedragen, is de kopwapening berekend op buiging zonder gunstig werkende druk. Door het beperken van het aantal staven om conflicten met de onderwapening te voorkomen, zijn de wapeningskorven in de palen geprefabriceerd met GEWI-staven (foto 12). Aan de bovenzijde is een stalen krans aangebracht, die fungeert als anker- plaat in het landhoofd. In het landhoofd worden de krachten per anker driedimensionaal afgedragen. Voor de bepaling van de krachten in de trekband in langsrichting (H langs ) en de trekband in dwarsrichting (H dwars ) zijn vakwerkmodellen gebruikt (fig. 13). Per GEWI-staaf is de optre- dende trekkracht bepaald. Op basis van de breedte tussen de werklijnen in langsrichting (B) en de afstand tussen de GEWI-staaf en de werklijn (x hor ) kunnen de verticale reacties ter plaatse van punt 1 (R 1 ) en ter plaatse van punt 2 (R 2 ) worden berekend. Vervolgens geldt: 11 Configuratie paalkopwapening versus onderwapening 11 CEMENT 4 2023 ?39 grondzijde landhoofd (= trekzijde) werklijn trekwapening in langsrichting R hor R vert ? 1 x hor x vert ? 2 ? 3 A A z B B z ? 2 H langs H dwars R 2 2 C 1 R 1 werklijn trekwapening in dwarsrichting 12 13 12 Wapeningskorven samengesteld uit GEWI-staven 13 Vakwerkmodel horizontale splijtkrachten 40?CEMENT?4 2023 H langs =?(R 1 / tan? 1 ) · cos? 2 H dwars =?(R 1 / tan? 1 ) · sin? 2 De benodigde wapening voor H langs is opgeteld bij de benodigde wapening voor 'globale' buiging van het landhoofd in langsrichting. Met de component H dwars is de horizontale ophangwapening naast de palen berekend. De verticale component betreft de trekband aan de achterzijde van het landhoofd voor de opname van het steunpuntsmoment. De drukknopen zijn getoetst op basis van NEN-EN 1992-1-1 hoofdstuk 6.5.4. Door de ophangwapening te berekenen met een ge- reduceerde staalspanning van ? s = 250 N/mm², kon worden aangetoond dat de spanningen in de drukdiagonalen, uitgaande van een buigdoorndiameter van 5Ø, voor alle druk- diagonaalhoeken ? beperkt bleven tot ? Rd,max = k 3 · ?' · f cd met k 3 = 0,75. ? Uitvoering Beide verbindingstypen kunnen zo worden ontworpen dat de constructieve veiligheid is geborgd. Maar naast de constructieve aspec- ten, is het minstens zo interessant wat de ervaringen zijn vanuit de uitvoering. Een belangrijk voordeel van de blok- deuvelverbinding is dat op de bouwplaats snel k an worden gewerkt. De gelaste blok- deuvels worden vooraf op de buispalen ­aangebracht. De lassen kunnen onder gecon- ditioneerde omstandigheden worden aange- bracht. Zodra de palen op de juiste hoogte zijn g eheid, wordt er aan de bovenzijde een staalplaat op gelast (veiligheid) en kan de wapening en bekisting worden aangebracht. Nadeel van dit type verbinding is de benodigde nauwkeurigheid. Er is maar wei- nig tolerantie en als de paal te diep is aange- bracht, of niet goed in lijn ligt met de overige palen, dan geeft dit een conflict met de wa- pening, of is de positie van de blokdeuvels in relatie tot het landhoofd niet juist. Tevens vergt het storten veel aandacht. Het beton moet rondom de blokdeuvels goed worden verdicht. Als de draagkracht ten gevolge van een grillige ondergrond niet wordt gehaald en de palen dieper moeten worden geplaatst, dan is er met een blokdeuvelverbinding direct een probleem. Met alleen holle buispalen, zoals bij de ver- binding met betonprop, is er meer flexibili- teit en mogelijkheid tot corrigeren. Mocht de hoogte van de buispaal iets afwijken, dan kunnen ze op hoogte worden afgebrand. Bovendien worden de aangelaste stekken en de GEWI-korf later aangebracht, waardoor nog correcties mogelijk zijn. Nadeel is dat dit verbindingstype op de bouwplaats veel arbeidsintensiever is: palen aanbrengen, (deels) leeg scheppen, schoonmaken en stekken lassen. Gedurende al deze werk- zaamheden is de buispaal open aan de bo- venzijde. Dit is een aandachtspunt voor het veilig werken op de bouw. Als voornoemde werkzaamheden gereed zijn, kan de GEWI- korf worden aangebracht en kan de paal worden afgestort. Voor beide verbindingen is de nauw- keurigheid van werken van groot belang. Bij de betonpropverbinding heeft dit met name te maken met de inpassing van de benodig- de wapening vanuit de buispaal en het land- hoofd. Met de blokdeuvelverbinding is ech- ter een zeer grote nauwkeurigheid vereist door de positie van de blokdeuvels. Daarnaast zijn de kosten voor het las- werk van de blokdeuvelverbinding hoog door de vele lassen, voorbewerkingen en de benodigde uitvoeringsklasse. Ondanks deze werkzaamheden bleken bij het project Ring Groningen Zuid de totale kosten voor de rea- lisatie van de palen en landhoofden bij toe- passing van een blokdeuvelverbinding lager te zijn dan bij een betonpropverbinding. Dit heeft met name te maken met de hoeveel- heid werkzaamheden op de bouwplaats zoals hiervoor beschreven. Aandacht voor detaillering en nauwkeurige uitvoering Het is belangrijk om te realiseren dat beide verbindingstypen hun eigen aandachtspunten en bezwijkmechanismen hebben. Dankzij voldoende aandacht voor de constructieve detaillering en de nauwkeurige uitvoering, voldoen de integraalviaducten bij beide ver- bindingstypen aan alle gestelde eisen om hun functie de komende 100 jaar te vervullen. ? CEMENT 4 2023 ?41