6 oktober2021 Koningin Julianabrug Ontspanning bolankers Ring Zuid Groningen II? CEMENT 6 20 21 GROUP Cement is een kennisplatform van én voor constructeurs. Het platform legt kennis vast over construeren met be- ton en verspreidt deze onder vakgenoten. Om deze kennisdeling te ondersteunen en het belang ervan te onderstrepen, kan een bedrijf partner worden. Een partner geniet een aantal aantrekkelijke voorde- len, zoals zichtbaarheid, flinke korting op lidmaatschappen, gratis plaatsing van vacatures en de mogelijkheid mee te praten over de inhoud van het platform. Heb je ook interesse om partner te wor- den, neem dan contact op met Marjolein Heijmans, m.heijmans@aeneas.nl. Onze partners CEMENTONLINE Meer informatie over deze bedrijven en over het partner schap st aat op www.cementonline.nl/partners. Cement wordt mede mogelijk gemaakt door:  partners CEMENT 6 2021 ?1 2? CEMENT 6 20 21 36 Ontspanning bolank ers breedplaatvloeren P raktijkonderzoek naar het verlies van voorspanning door krimp, kruip e n relaxatie. 42 In vloed doorgaande sterkte op minimum w apening h ybride staalvezelbeton W at is de invloed van staalvezels? I nzicht op basis van een case. Artikelen 6 R econstructie Koningin Julianabrug Bestaande brug in K atwijk groten- deels ve rvangen, oude uitstraling zo veel mogelijk gehandhaafd. 16 Pr efab integraalviaduct Ring Z uid Groningen V eel aandacht voor bouwfasering e n voorbelasting op het dek. 26 Dynamische anal yse machinefundament D ynamische krachten vereisen een stijf fundame nt. 16 36 Foto voorpagina:?Viaduct in de A28, Ring Zuid in Groningen, foto: RDB Producties COLOFON Cement, vakblad over betonconstructies, is hét vakblad van en voor constructeurs en verschijnt 8 keer per jaar. Het vakblad is een onderdeel van het kennisplatform Cement, een uitgave van Aeneas Media bv in opdracht van het Cement&BetonCentrum. Uitgave Aeneas Media bv, Veemarktkade 8, Ruimte 4121, 5222 AE 's-Hertogenbosch T 073 205 10 10, www.aeneas.nl Redactie dr.ir. Dick Hordijk (hoofdredacteur), ir. Paul Lagendijk, ir. Marloes van Loenhout, ir. Jacques Linssen, ir. René Sterken, ir. Cindy Vissering, ing. Henk Wapperom, dr.ir. Rob Wolfs Redactieraad ir. Edwin Vermeulen (voorzitter), ir. Paul Berendsen, ing. Dick Bezemer, prof.dr.ir. Jos Brouwers, ir. Henco Burggraaf, ir. Maikel Jagroep, ir. Ad van Leest, dr.ir. Mantijn van Leeuwen, ing. Michael van Nielen PMSE, ir. Paul Oomen, ir. Dirk Peters, ir. Ton Pielken r ood, ir. Kees Quartel, ir. Hans Ramler, ir. Luc Rens, ir. Paul Rijpstra, ir. Dick Schaafsma, ing. Roel Schop, dr.ir. Raphaël Steenbergen, prof.dr.ir. Kim van Tittelboom, dr.ir. Rutger Vrijdaghs, ing. Henk ter Welle, ing. Jan van der Windt Uitgever / vakredacteur ir. Jacques Linssen j.linssen@aeneas.nl, T 073 205 10 22 Planning en coördinatie Hanneke Schaap h.schaap@aeneas.nl, T 073 205 10 19 Eindredactie Hanneke Schaap en ir. Caroline van der Meulen, Redactie & zo Ontwerp Twin Media bv, Miranda van Agthoven Vormgeving Twin Media bv, Maarten Bosch Media-advies Leo Nijs, l.nijs@aeneas.nl, T 073  205 10 23 Klantenservice abonnementen@aeneas.nl, T 073 205 10 10 Website www.cementonline.nl Overname artikelen Overname van artikelen en illustraties is alleen toegestaan na schriftelijke toestemming. Lidmaatschappen 2021  Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.cementonline.nl/lidworden of neem contact op via abonnementen@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voor- waarden op www.cementonline.nl/algemene- publicatievoorwaarden Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Cement niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslissingen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang - hebbenden kunnen cont act opnemen met de uitgever. ISSN 0008-8811 Inhoud Vakblad over betonconstructies CEMENT 6 2021 ?3 Kijkend naar de artikelen in dit nummer kwam bij mij het woord 'tijd' als centraal ele- ment in gedachten. Nee, niet zodanig dat we er een thema- nummer van hadden kunnen maken. Tijd is namelijk iets wat bij betonconstructies altijd wel een belangrijke rol speelt; net als overigens in ons gehele leven. Ik weet niet of je het herkent, maar ik heb weleens een probleem (uitdaging!) dat na verloop van tijd niet meer speelt. Ik zeg dan "De tijd heeft z'n werk gedaan". Hoewel jullie zelf ongetwijfeld het tijdsaspect bij de verschil- lende artikelen zullen herken- nen, toch een korte toelichting. Bij de bolankers voor verster- king van breedplaatvloeren is de afname van voorspanning in de tijd onderzocht, terwijl het bij hybride staalvezelbeton gaat om het effect van een toe- name van de betonsterkte in de tijd op de minimum wapening. Bij de koningin Julianabrug speelde de in de tijd ontstane Tijd schade, alsmede het toekom- stig gebruik, een belangrijke rol bij de reconstructie. En vanzelfsprekend is bij een ma- chinefundament de trillingstijd van de dynamische krachten een belangrijk aspect van de constructieve berekeningen. Tot slot wijs ik op de rol die tijd speelt bij bouwfaseringen, zoals bij het integraalviaduct Ring Zuid Groningen. Bij het woord tijd moest ik overigens ook denken aan de artikelen serie 'De tikkende tijdbom' van Jan Vambersky en Reint Sagel in 1997. Ik heb die er nog eens op nagelezen. Met de geweldige archieffunctie van Cement kun je dat zelf ook heel makkelijk doen. Ik ga hier niet in op wat deze heren in de serie aankaartten. Bekijk dat zelf maar even. Ik vraag me wel zeer sterk af of in dit geval de tijd ook z'n werk heeft gedaan. Ik sluit graag af met jullie een plezierige tijd te wensen bij het kennisnemen van weer mooie en belangrijke informatie op het gebied van construeren in beton. Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl 42 En verder 5 Krimparme mort els Gesponsor d bericht Cugla. 24 Piek en dalen op v akantie Column Sande r den Blanken. 34 De jonge const ructeur Lorijn Baue r deelt zijn ervaring als façade e ngineer bij Inhabit Group. 48 Plaattektoniek Glassell School of Art in H ouston wor dt gevormd door 178 prefab bet onnen gevelelementen. 54 Gele zen in Structural Concr ete Vol. 22/3 Ee n variatie aan papers, waarvan ee n deel over seismisch ontwerp. Dun nummer Deze editie van Cement is dunner dan je van ons gewend bent. Vlak voordat het nummer naar de drukker ging, werd er een artikel teruggetrokken omdat de opdrachtgever geen toestemming gaf tot publicatie. 4? CEMENT 6 20 21 auteurs ir.ing. Sander den Blanken RO BAM Infra Nederland p. 24 - 25 ing. Pieter de Boer Ingenieursbureau Mozes en De Boer p. 16 - 22 ing. Dave Kosterink PMSE RC Van Hattum en Blankevoort p. 6 - 15 ir. Kirsten Hannema Freelance architectuurjournalist p. 48 - 53 ir. Peter Bosman Lectoraat Kunststoftechnologie (LKT) Windesheim p. 36 - 41 ing. Michiel Plokker IEng Worley Nederland B.V. p. 26 - 33 ing. Pieter Schreuder Lectoraat Kunststof - t echnologie (LKT) Windesheimp. 36 - 41 ir. Lorijn Bauer Inhabit Group p. 34 -35 ir. Esli Bosman Witteveen+Bos p. 16 - 22 ir. Jeroen Meijdam Mobilis p. 42 - 47 ing. Pascal Ferraris Fluor Consultants B.V. p. 26 -33 ir. Duraid Shayout Mobilis p. 6 - 15 ing. Klaas Wiersma PMSE Witteveen+Bos p. 16 - 22 ing. Bart Zevenhoven Dura Vermeer Landelijke Projecten BVp. 42 - 47 Aan dit nummer van Cement werkten mee: CEMENT 6 2021 ?5 gesponsord bericht HRC Europe NL BV 8211 AD Lelystad +31 320 727030 info@hrc-europe.com HRC T-headed reinforcement ?? robust and flexible design ?? shortest anchorage of ultimate capacity ?? faster construction ?? BIM tools www.hrc-europe.com Supplying high performance products and service since 1985 Cementgebonden producten hebben een aantal ideale eigenschappen: je kunt er haast alle vormen mee realiseren, ze zijn sterk en ze zijn duurzaam. Maar nadelen zijn er ook: het materiaal krimpt. Bij sommige toepassingen kan dat een pro- bleem zijn, bijvoorbeeld als ze gebruikt worden bij het verbinden van elementen. Gelukkig zijn er producten op de markt met een oplossing voor dat probleem: krimparme mortels. Cugla is een van de pioniers op dit vlak en is nauw betrokken geweest bij certificering en stan- daardisatie van eigenschappen. Zo ook bij de recent aangepaste CROW-CUR-Aanbeveling 24. Cugla biedt kwaliteitsimpuls aan krimparme mortels WWW.CEMENTONLINE.NL /KRIMPARME_MORTELS Meer over krimparme mortels en de rol die Cugla heeft gespeeld bij certificering en stan- daardisatie staat in het artikel 'Cugla biedt kwaliteitsimpuls aan krimparme mortels' op www.cementonline.nl/krimparme_mortels . Toepassing Cuglaton Gietmortel 4 mm, foto: Toine Leijten Reconstructie Koningin Julianabrug Bestaande brug in Katwijk grotendeels vervangen maar oude uitstraling zoveel mogelijk gehandhaafd 1 Koningin Julianabrug na oplevering 1 6? CEMENT 6 20 21 De Koningin Julianabrug in Kat- wijk is een wegverbinding in de Biltlaan over het Uitwaterings- kanaal. De brug vormt de verbinding tussen noord en zuid langs de kust. Over de brug kruist het auto- en langzaam verkeer, onder de brug de scheepvaart. Dankzij een beweegbaar deel in het midden konden hoge schepen de brug passeren. De brug is gebouwd rond 1963 en heeft een stedelijk en solide karakter met opval- lende gemetselde pijlers, gedetailleerd beton - werk en een eenvoudige maar kenmerkende blauwe leuning (foto 1 en 3). Andere opvallen - de kenmerken zijn het brugwachtershuisje met bronzen dak, de bronzen scheepvaart- seinen en het kunstwerk 'Drie bronzen zee- paardjes' dat in 1978 op de brug is geplaatst. Opbouw bestaande brug De oorspronkelijke Koningin Julianabrug bestond uit drie velden: twee betonnen aanbruggen en een middenveld bestaande uit een basculebrug met stalen val (fig. 4). De twee betonnen aanbruggen waren iden- tiek en opgebouwd uit betonnen prefab liggers met een overspanning van 14,40 m. Het middenveld overspande 10,90 m tussen beide pijlers. Het bestaande dek was circa 21,5 m breed en had een totale lengte van circa 51,0 m. De bestaande onderbouw be- stond uit twee laaggelegen landhoofden en twee betonnen (bascule)kelders als tussen- steunpunten. De landhoofden waren van steunberen voorzien (foto 5) en zijn evenals de (bascule)kelders op prefab betonnen palen gefundeerd. Deze palen variëren van 300 × 300 mm² en 350 × 350 mm² tot 400 × 400 mm². De zichtbare betonopper- vlakken van de onderbouw zijn met metsel- werk afgedekt. Aanleiding reconstructie In 2010 werd in de brug betonrot geconsta- teerd. Uiterlijk 2020 zou het dek moeten worden vervangen. In 2020 was er tevens een uitbreiding van het R-Net (bussen) ge- pland met een nieuwe verbinding over deze brug. Samen met de toename van het verkeer en de wens toekomstbestendig te zijn in ver- band met de mogelijke komst van een tram, heeft dit geleid tot de wens voor een nieuw, breder dek. Het dek moest ook worden ver- lengd om voldoende ruimte te bieden aan het fietsverkeer op een nieuw aan te leggen fietspad onder de brug, langs het water (foto 1, fig. 2 en 6). Dit als vervanging van de bestaan - de fietstunnel op de noordoever. De gemeente Katwijk heeft een wenselijke variant laten opstellen door een architect in samenwer- king met een aantal deskundige bedrijven. Ontwerp nieuwe brug De wenselijke variant ging uit van een dek bestaande uit vier velden met een breedte van 28,0 m en een totale lengte van 68,0 m. De verbreding zou aan beide zijden van het bestaande dek worden gerealiseerd. Direct na het verlenen van de op- dracht is deze wenselijke variant geanaly- seerd. Hierbij bleek dat de kosten boven het budget lagen. Daarom is het ontwerp in IR. DURAID SHAYOUT Ontwerpleider Mobilis (voorheen VolkerWessels Infra Competence Centre) ING. DAVE KOSTERINK PMSE RC Senior specialistVan Hattum en Blankevoort auteurs Door schade aan de bestaande brug en de komst van een buslijn en in de toekomst waarschijnlijk ook een tram, was een reconstructie van de bestaande Koningin Julianabrug in Katwijk noodzakelijk. Het dek en een deel van de steunpunten zijn vervangen en het beweegbare deel is komen te vervallen. Bij de reconstructie moest de bestaande uitstraling zo veel mogelijk in stand blijven. CEMENT 6 2021 ?7 2 Vogelvluchtperspectief reconstructie Koningin Julianabrug3 Bestaande brug PROJECTGEGEVENS project Reconstructie Koningin Julianabrug opdrachtgever Gemeente Katwijk opdrachtnemer Van Hattum en Blankevoort (VHB), i.s.m. VolkerWessels Infra Competence Center (VWICC), Volker Staal en Funderingen (VSF), KWS Infra, Vialis, BKB Infra, Smits Neuchatel Infrastructuur prefab liggers Romein Beton ontwerp- en uitvoeringsperiode sep. 2019 ? mei 2021 2 richting de zee (westzijde) richting de zee(westzijde) 3 8? CEMENT 6 20 21 bouwteamverband geoptimaliseerd. Hierbij stonden veiligheid, duurzaamheid en de esthetische aspecten centraal.De geoptimaliseerde variant bestaat uit een dek met drie velden met een breedte van 26,05 m (ca. 5,0 m breder dan bestaand) en een totale lengte van 60,0 m (een verlengd eindveld t.o.v. de huidige situatie) (fig. 7). De verbreding is alleen aan de oostzijde van het dek gerealiseerd. In de nieuwe brug is het beweegbare deel, de val, vervallen. Wel wilde de op- drachtgever de bestaande uitstraling zoveel mogelijk handhaven. Er is daarom gekozen om de bestaande onderbouw zoveel moge- lijk te hergebruiken en de nieuwe boven- bouw dezelfde uitstraling te geven als de bestaande bovenbouw. Ook is een nieuw burgerwachtershuisje geplaatst. De bovenbouw is een doorgaand betonnen dek, circa 0,7 m hoger dan het bestaande beweegbare deel van het dek. Dit was nodig in verband met een grotere doorvaarthoogte voor de recreatieve vaart. De minimale doorvaarthoogte moest 5,1 m boven het peil in het Uitwateringskanaal (NAP -0,6 m) zijn. Van de bestaande onder- bouw is het zuidelijk landhoofd volledig hergebruikt en voorzien van een nieuwe oplegbalk. Het nieuwe noordelijke land - hoofd is circa 9 m achter het bestaande noordelijke landhoofd gerealiseerd. Dit is een hooggelegen landhoofd op een veran - kerde combiwand. De kelderpijlers van as 2 en as 3 zijn visueel volledig intact gelaten, maar binnen de pijlers is wel een nieuwe rij funderingspalen voor de nieuwe bovenbouw aangebracht. Door het vervallen van het stalen val is een bedieningsfunctie van de brug niet meer nodig en is de geluidsoverlast vermin- derd. De lege ruimtes in de pijlers krijgen een ecologische functie als verblijfplaats voor vleermuizen. 4 Langsdoorsnede bestaande brug 5 Bestaand landhoofd as 4 noord Het ontwerp van de nieuwe brug bestaat uit een dek met drie velden waarbij één veld is verlengd en waarbij het beweegbare deel is vervallen 4 5 CEMENT 6 2021 ?9 6 7 6 Visualisatie fiets- en voetpad en zijkant van de brug7 Langsdoorsnede vernieuwde brug Ontwerpuitgangspunten? De brug in de nieuwe situatie heeft een ontwerplevens- duur van 50 jaar en is conform de vigerende Eurocodes en gevolgklasse CC2 ontworpen. De verkeerssnelheid op de brug is 50 km/uur. De doorvaarthoogte tussen de pijlers van de vaarroute is minimaal 5,1 m ten opzichte van waterpeil (NAP -0,6 m) en het profiel van vrije ruimte voor het fietspad onder de brug is minimaal 3,0 m. Groen ontwerp? Op het dek is ruimte voor twee rijbanen bestaande uit twee rijstroken, twee voetpaden aan de buitenzijde en een fietspad (fig. 8). Dit fietspad sluit aan op de nieuwe fietspadenstructuur van de Biltlaan. Voor de belasting is rekening gehouden met een vrije indeling van het verkeer op het dek, over een breedte van 24,05 m. De gemeente Katwijk heeft, op initiatief van de omgeving, gekozen om de brug een bij- zonder groen karakter te geven. Op het dek komt tussen het fietspad en voetpad een groenstrook van 3,0 m breed (fig. 9 en 10). Deze groenstrook verbindt het groen aan beide oevers met elkaar. De groenstrook heeft een ecologische functie en is zodanig ingericht dat deze een voedselbron vormt voor bijen, vlinders en andere kleine dieren. Tussen het fietspad en de rijbaan voor auto's komt een groene kruidenberm van 1,0 m breed. Beoordeling bestaande brug Van de bestaande constructie uit 1963 wa - ren nagenoeg geen ontwerpberekeningen en -tekeningen voor handen, enkel twee bestektekeningen. Hierdoor is de maximale landhoofd zuid bestaande kelder bestaande basculekelder landhoofd noord 10? CEMENT 6 20 21 belasting op de pijlers van de brug tijdens de bouwfase bepaald op circa 75 ton. Hierbij is uitgegaan van de norm VOSB 1938 en het uitgangspunt dat het geen belangrijke regio- nale verbindingsweg is geweest. Door dit uitgangspunt gold een beperking aangaande de sloopwerkzaamheden en de te gebruiken boorstellingen voor de palen.Het draagvermogen van de bestaande palen is op basis van (magnetoconus)sonde- ringen berekend. Met behulp van deze son- deringen en de minimaal beschikbare gege- vens in het archief, is het paalpuntniveau van de bestaande palen bepaald. Er is uitvoerig onderzoek gedaan naar de staat van de bestaande brug. Er is onder meer gekeken naar aantasting door ASR, scheurvorming, chloride-indringing en de toegepaste dekking in de betonconstructie van de onderbouw. Uit dit onderzoek bleek dat er ASR-aantasting in de onderbouw zat, met uitzondering van het zuidelijke land- hoofd. Het beton van het noordelijke land- hoofd vertoonde naast ASR ook overmatige scheurvorming en indringing van chloride. Ook in de tussensteunpunten is scheurvor- ming en ASR-aantasting geconstateerd. Voorts voldeed de geconstateerde dekking in het algemeen niet aan de geëiste dekkings- eisen conform de huidige vigerende normen. Enkel het zuidelijke landhoofd verkeert in goede staat. Rekentechnisch bleek dat dit landhoofd voldoende draagvermogen heeft om de belastingen op te nemen. De opho- ging achter dit landhoofd is met circa 1,0 m EPS gerealiseerd om de extra verticale be- lasting op de bestaande palen te beperken. Constructief ontwerp nieuwe brug Zoals aangegeven bestaat het nieuwe dek uit drie velden, met overspanningen van 16,28 m (veld 1), 17,5 m (veld 2) en 26,0 m (veld 3). Dek? De velden 1 en 2 zijn gerealiseerd met volstortliggers en veld 3 met omgekeerde T-liggers. De volstortliggers van veld 1 en veld 2 hebben een hoogte van 600 mm met een druklaag van 150 mm. De omgekeerde T- liggers van veld 3 hebben een hoogte van 900 mm met een druklaag van 230 mm. 8 9 Het zuidelijke landhoofd is hergebruikt en het noordelijke is vervangen 8 Inrichting dek 9 Visualisatie dek CEMENT 6 2021 ?11 Landhoofden? Van de oorspronkelijke vier steunpunten is alleen het landhoofd op as 1 (zuid) hergebruikt voor het dragen van het nieuwe dek. Dit landhoofd is aan één zijde verbreed om het bredere dek op te vangen. Het oorspronkelijk landhoofd op as 4 (noord) is boven maaiveld volledig geamo- veerd en vervangen door een nieuwe funde- ringssloof op een combiwand (foto 11 en 14). Pijlers? De twee bestaande pijlers (de opleg- pijler en basculekelder, respectievelijk in as 2 en 3) zijn visueel intact gelaten. Om het bredere dek op te vangen zijn nieuwe 'kel- derpijlers' gebouwd, die zijn gefundeerd op stalen palen. De nieuwe pijlers zijn schar- nierend verbonden met de bestaande pijlers met een afschuifnok en een trek/druk-ver- binding (fig. 12). De verbreding is niet mono- liet verbonden met de bestaande constructie er is een voegprofiel aangebracht. In ver- band met het overdragen van de aanvaar- belasting is een scharnierende koppeling gerealiseerd. Door de vloeren van de pijlers (as 2 en as 3) zijn overmaatse gaten geboord om nieuwe funderingspalen (stalen buispalen) aan te brengen. Deze buispalen zijn niet be- rekend op aanvaarbelasting. Daarom functi- oneren de pijlers in de toekomstige situatie als aanvaarbescherming van de nieuwe buispalen. Daarnaast dragen zij de perma- nente belastingen van de bestaande onder- steuningen. Maar ze dragen geen verticale belasting vanuit het dek (tabel 1). Om te bepalen of de bestaande con - structie de aanvaardbelasting op zou kunnen nemen, is gerekend aan deze constructie. Hierbij is de verzwakking van de horizontale bedding van de bestaande prefab palen door het aanbrengen van de nieuwe buispalen in acht genomen. De doorvoergaten in de be- staande constructie zijn voldoende groot om zowel bouwtoleranties als verplaatsing door aanvaring te kunnen ondergaan zonder de nieuwe palen te belasten. Knopen? Op de nieuwe palen is een beton- nen kesp aangebracht, waarop in de bouw- fase de prefab liggers zijn geplaatst. Vervol- gens zijn de overspanningen verbonden met een druklaag en natte knopen, die het veld links en rechts van de knoop monoliet met elkaar verbindt voor de gebruiksfase. De wapening voor de natte knopen in as 2 en as 3 is aan de hand van de verschil- lende fases bepaald. Daarbij gold dat de kesp in de bouwfase eerst excentrisch is be- last bij het plaatsen van de prefab liggers en vervolgens wederom bij het storten van de druklaag. Het verschil in belasting links en rechts van de kesp is een risico voor de zij- delinkse verplaatsingen. Om dit risico te beperken, zijn restricties opgelegd, zoals het niet in één keer storten van een hele druklaag op een veld. Horizontale stabiliteit? Het borgen van de horizontale stabiliteit in de gebruiksfase van de constructie was een andere uitdaging. Vanuit de vraagspecificatie is meegegeven dat er een maximale horizontale belasting van 10% verticaal op het landhoofd op as 1 (zuid) mag worden afgedragen. Er is daarom gekozen voor een glijdoplegging in de langs- richting van het dek (fig. 15). Aangezien de nieuwe buispalen van as 2 en as 3 pas een horizontale bedding krijgen op bodemniveau van het uitwateringskanaal, zullen deze zich als pendelstaven gedragen. De horizontale stabiliteit in langsrichting van het dek moet daarom door het nieuwe landhoofd op as 4 (noord) worden geborgd. Hier is, zoals eer- der aangegeven, een verankerde combiwand ontworpen, waarbij het dek met doken is verbonden aan de funderingssloof. Door de vloeren van de bestaande pijlers zijn overmaatse gaten geboord om nieuwe funderingspalen aan te brengen voor het dragen van het nieuwe dek as paaltype functie 1 prefab beton (bestaande palen) dragen belasting uit nieuw dek en grondbelasting achter landhoofd 2 prefab beton (bestaande palen) dragen onderbouw + aanvaarbescherming type tubex met groutinjectie (of vergelijkbaar) dragen nieuw dek 3 prefab beton (bestaande palen) dragen onderbouw + aanvaarbescherming type tubex met groutinjectie (of vergelijkbaar) dragen nieuw dek 4 combiwand (open stalen buispalen) dragen belasting uit nieuw dek en keren grondbelasting achter landhoofd Tabel 1?Type palen en functie 12? CEMENT 6 20 21 12 11 10 10 Visualisatie groenstrook op het dek 11 Nieuw landhoofd t.p.v. as 4 (noord) 12 Bovenaanzicht t.p.v. aansluiting bestaande kelder met de nieuwe verbreding CEMENT 6 2021 ?13 13 14 Hierdoor wordt een groot deel van de hori- zontale langskrachten afgedragen aan dit landhoofd. Voor de horizontale krachten in dwarsrichting is ook op as 1 (zuid) een dook toegepast, die met een 'slobgat' geen langs- krachten overdraagt. Hiermee is de hori- zontale stabiliteit geborgd. Uitvoering Voor het aanbrengen van de buispalen is gekozen voor een 'kleine' Tubexmachine, waardoor de meeste palen vanaf de brug konden worden aangebracht. De overige palen zijn vanaf een ponton op het water aangebracht. Voor de sloopwerkzaamheden hield dit in dat het val- en contragewicht niet in grote delen kon worden weggehaald. Het bestaande dek is daarom in kleinere delen opgeknipt en verwijderd.Op de nieuwe buispalen is zoals gezegd een kesp gestort. De stabiliteit van deze kesp moest in de bouwfase worden geborgd. Dit is gedaan door de palen af te schoren op de bestaande pijlers (foto 13). Hierdoor kon tij- dens de bouw enige excentrische belasting op de kespen worden toegelaten. De uitein- delijke zijdelingse verplaatsing van de kespen is verwaarloosbaar gebleken. Metselwerk? In de ontwerpfase werd ervan uitgegaan dat slechts een beperkt gedeelte van het metselwerk (esthetische functie) te- gen de betonconstructie van de kelders ter plaatse van as 2 en as 3 zou worden ver- nieuwd. Tijdens de sloopwerkzaamheden bleek echter dat het beton op meerdere plaatsen was aangetast. Om verdere aantas- ting tegen te gaan, is er in overleg met het bouwteam voor gekozen het metselwerk vol- ledig te verwijderen en zodoende het beton, waar nodig, te behandelen en er vervolgens nieuw metselwerk voor plaatsen. Dit had uiteindelijk een minimale invloed op de planning, maar heeft de duurzaamheid van de bestaande constructie flink verbeterd. Modellering project Voor de brug is een lineair-elastisch eindige- elementenmodel opgezet in SCIA Engineer. Het model is opgebouwd uit plaat- en staaf- elementen in een 3D-omgeving (fig. 16). Het dek is op basis van de orthotrope parameters van de volstortliggers en omge- keerde T-liggers ingevoerd. Het orthotrope dek van veld 1 is ter plaatse van as 1 opge- legd op verticale veren (h.o.h. 1000 mm) die equivalent zijn aan de stijfheid van het be- staande landhoofd en een dwarsblokkering in het midden van het dek (in langsrichting kan het dek hier vrij bewegen). Op as 2 en as 3 is een plaat gemodelleerd met de breedte en hoogte van de natte knoop. De natte kno- pen zijn gefundeerd op staafelementen (buispalen) met een horizontale bedding op bodemniveau en puntveren op NAP -21 m. Voor landhoofd as 4 is een balk gemodel- leerd die aan de onderzijde een rotatieveer en verticale en horizontale stijfheid gelijk 13 Nieuwe buispalen met tijdelijke ondersteuning t.p.v. as 2 14 Onderbouw in aanbouw 14? CEMENT 6 20 21 aan de combiwand heeft. Ter plaatse van as 4 zijn 8 blokkeringen aangebracht die alle horizontale krachten kunnen opnemen. Om tot de veren van de combiwand te komen zijn in een iteratief proces het geotechnisch model en constructief model op elkaar afge- stemd. 3D-wapenen De wapening in dit project is 3D uitgewerkt. Bij het controleren van de wapening is ge- bruikgemaakt van het programma BIMplus om de wapeningsmodellen in te zien. De conclusie hierbij was dat er effectieve stap- pen zijn gemaakt in de beschikbare pro- gramma's voor het reviewen van de wape- ning. Denk hierbij aan uitzetten van lagen, het maken van opmerkingen in het 3D-mo- del en het volgen van de verwerkstatus van een opmerking. Hierbij moet wel worden vermeld dat het nog steeds lastig is om de details in het 3D-model goed te doorgron- den. Voorbeelden zijn las- en verankerings- lengtes, de constructieve samenhang op het moment dat je lagen uitzet om een beter beeld te krijgen en het goed (en controleer- baar) vastleggen van de bevindingen. In het verlengde hiervan is een pilot opgestart om de wapening in het werk te controleren met behulp van Augmented Re- ality (AR) (foto 17). Er is hiervoor een tablet ingericht met een AR-app, waarin de wape- ningsmodellen zijn ingeladen. De camera van de tablet is daarbij op de te controleren wapening in het werk buiten gericht, waar- na het wapeningsmodel hier per laag op kan worden geprojecteerd. Het is op die manier direct duidelijk of de ontworpen wapening overeenkomt met de werkelijkheid. De tech- niek is nog volop in ontwikkeling en zeker nog niet afdoende toepasbaar. Maar het is wel duidelijk dat AR flink kan gaan helpen in de nabije toekomst. Tot het moment dat de ontwikkeling van AR de controle van de wa- pening buiten gebruiksvriendelijk maakt, kunnen voor deze controle de 2D-werkteke- ningen worden gebruikt. Deze 2D-tekenin- gen worden door de vlechter gemaakt om de aanbrengvolgorde van de wapening vast te leggen. Deze tekeningen worden opgesteld, nadat de 3D-wapeningsmodellen door de coördinator constructieve veiligheid zijn goedgekeurd. Afstemming Tijdens de bouwfase gold voor de bestaande bovenbouw een lastbeperking, wat uiteinde- lijk een uitdaging bleek om zowel sloop- als funderingswerkzaamheden binnen plan- ning uit te voeren. Meerdere afstemoverleg- gen tussen ontwerp, sloop- en heipartij in de ontwerpfase hebben plaatsgevonden om te komen tot oplossingen waarbij de benodigde uitgangspunten van zowel ontwerp als uit- voering aan elkaar zijn toegelicht. Dit heeft ertoe geleid dat ontwerp en realisatie elkaar tijdig hebben begrepen en de faalkosten zijn hiermee aanzienlijk geminimaliseerd. 15 Statisch systeem hoofddraagconstructie 16 Grafische weergave rekenmodel 17 Controle vloerwapening verbreding middels Augmented Reality (AR) 15 16 17 CEMENT 6 2021 ?15 Prefab integraalviaduct Ring Zuid Groningen Veel aandacht voor bouwfasering en voorbelasting op het dek 1 KW12.10, Viaduct in de A28 over de Brailleweg in Groningen, foto: RDB Producties 1 16? CEMENT 6 20 21 Vanwege de groei van de stad Groningen dreigen de belangrijk- ste verkeersaders de toename van het verkeer niet aan te kun- nen. De zuidelijke ringweg van de stad moet daarom worden omgebouwd, teneinde de bereikbaarheid, doorstroming, leefbaar- heid en veiligheid te verbeteren. Onderdeel van het project Aanpak Ring Zuid in Gronin- gen is het kunstwerk KW12.10 in de A28, een viaduct dat een ongelijkvloerse kruising heeft met de Brailleweg. Dit viaduct heeft een enkele overspan- ning van 42,5 m en gaat over de zogenoemde fietsvallei. Door een invoegende toerit en een uitvoegende afrit waaiert de breedte van het viaduct van zuid naar noord uit van circa 42,0 m naar 46,1 m. Door het beperkte profiel vrije ruimte en het hoogteverschil van de bovengelegen wegen, bestaat het viaduct uit twee separate dekken. Die dekken zijn opgebouwd uit pre- fab kokerliggers zonder druklaag. De keuze om geen druklaag toe te passen, is gemaakt ten behoeve van de reductie van de steun- puntsmomenten en de beoogde bouwfase- ring. De kokerliggers zijn integraal verbonden met de betonnen landhoofden die gefun- deerd zijn op combiwanden. Combiwanden zijn toegepast vanwege de aanwezige grond- slag en de benodigde vervormingscapacitei- ten van de landhoofden. Hoedvormige liggers Het dek bestaat uit 25 kokervormige liggers: 14 voor het westelijke en 11 voor het oostelijke dek. Dankzij dit type liggers is de construc- tiehoogte zo veel mogelijk beperkt. Deze kokerbalken zijn voorgespannen, geprefa- briceerde betonnen liggers van hogesterkte- beton met sterkteklasse C80/95. Het holle gedeelte is gemaakt met behulp van tempex en de uiteinden van de kokerliggers bestaan elk uit een massief deel (fig. 3). De kokerliggers van het westelijke en het oostelijke dek hebben een verschillende dikte. Voor het westelijke deel is gekozen voor een dikte van 1300 mm, bij het oostelijke deel gaat het om 1500 mm. Dit verschil in dikte heeft te maken met het benodigde profiel van vrije ruimte van de onderdoorgaande weg en het benodigde alignement. De dekken worden ten gevolge van een fors variërende PROJECTGEGEVENS project Aanpak Ring Zuid in Groningen / KW12.10 ? Viaduct in de A28 over de Brailleweg opdrachtgever Rijkswaterstaat opdrachtnemer Combinatie Herepoort engineering Witteveen+Bos, Ingenieursbureau Mozes en De Boer prefab liggers Haitsma Beton montage liggers Wagenborg Nedlift transport liggers Van der Meijden Onderdeel van het project Aanpak Ring Zuid in Groningen is een viaduct in de A28 over de Brailleweg. Het is een bijzonder project, onder meer vanwege de beperkte constructiehoogte die verkregen is door het dek integraal te verbinden met de landhoofden. Ook de combinatie van de fasering van het storten van het landhoofd en de voorbelastingen op het dek, maken dit project uitzonderlijk. CEMENT 6 2021 ?17 uitvullaag op het oostelijke dek verschillend belast. Deze uitvullaag is nodig om het hoog- teverschil tussen de bovenliggende wegen op te vangen.Aan de onderzijde van de dekken mo- gen de naden niet te groot zijn. De standaard kokerbalken van dit type hebben een breedte van 1480 mm, maar door het uitwaaieren van het dek kon deze standaardbreedte niet worden toegepast. Daarom zijn de balken voorzien van een variërende uitkragende onderflens, waardoor een hoedvorm ont- staat (fig. 4). De langsvoorspanning in de liggers bestaat uit 7-draads strengen met een door- snede van 15,7 mm (Y1860). In de lage koker- liggers zijn 74 strengen toegepast, in de hoge kokerliggers 69 strengen. Door deze grote hoeveelheid voorspanning is het nodig om de strengen eveneens deels in de uitkragende onderflens aan te brengen. De balken zijn na plaatsing ook in dwarsrichting voorgespannen met behulp van nagerekte voorspankabels die aange- bracht zijn in sparingen in de bovenflens van de liggers. Inklemming landhoofd-brugdek Het viaduct is een integraalconstructie, waar - bij het prefab dek monoliet is verbonden met de landhoof den. Omdat geen druklaag aan - wezig is, kon de bovenwapening vanuit het landhoof d niet worden doorgezet ter hoogte van de kokerliggers. Een aansluiting door middel van stekankers en stekeinden was niet uitvoerbaar, onder meer omdat de ver - moeiingscapaciteit van deze koppelingen beduidend lager is dan bij gewoon wapenings - staal. Als oplossing is bij de hamerstukken o ver een lengte van 3,25 m een overgangsge - bied gecreëerd. Door deze verjonging aan de bo venzijde van de ligger (280 mm) ontstaat over een klein deel een druklaag. Hierin kun - nen wapeningsstekken die uit de prefab lig - gers steken, overlappen met wapeningsstaven die vanuit de landhoofdzijde onder de beugels van de prefab liggers zijn aangebracht. De lengte van deze druklaag was voldoende om de overlappingslassen van de steunpuntswa - pening in de natte knoop met de stekken van - uit de prefab liggers verspringend aan te br engen. De stekken waren juist kort genoeg, zodat ze niet in de weg zaten voor een onge - hinderd gebruik van de hijsankers. Uit de ontwerpsommen bleek dat er twee lagen wapening nodig zijn om de steunpuntsmomenten op te kunnen nemen. Om overlappingslassen te kunnen maken, is een hart-op-hart-afstand van de wapening van minimaal 150 mm nodig. De toegepaste wapening is Ø32-150 in de eerste laag en Ø25-150 of Ø32-150 in de tweede laag. Door de aanwezigheid van de stekwa- pening in de prefab liggers was het nood- 2 3D-view van het kunstwerk met ongelijkvloerse kruising met de Brailleweg, bron: Breda & Co Architects ING. KLAAS WIERSMA PMSE Constructeur Witteveen+Bos IR. ESLI BOSMAN Constructeur Witteveen+Bos ING. PIETER DE BOER Constructeur Ingenieursbureau Mozes en De Boer auteurs 2 18? CEMENT 6 20 21 3 Langsdoorsnede van de kokerligger geïntegreerd in de landhoofden?4 Doorsnede van de hoedvormige kokerliggers 5 Oplegdetail op as 1?6 Doorsnede 1 (zie fig. 3) van de kokerligger met de plaats van de stekken 7 Doorsnede 2 (zie fig. 3) met doorsnede t.p.v. lage massieve deel van de ligger? 8 Doorsnede 3 kokerligger (zie fig. 3) na massieve deel met dikkere bovenflens i.v.m. bovenwapening Het dek bestaat uit 25 kokervormige liggers: 14 voor het westelijke en 11 voor het oostelijke dek 3 4 5 6 7 8 CEMENT 6 2021 ?19 zakelijk de dwarsvoorspanning (en dus sparingen voor die dwarsvoorspanning) plaatselijk lager aan te brengen. Dit is even- eens de reden dat de dikte van de boven- flens plaatselijk is vergroot (fig. 8). Voor het opendraaiend moment van de natte knoop zijn stekankers opgenomen aan de onderzijde van de prefab liggers (fig. 5 en 6). Deze stekankers kruisen de beugelwa - pening in het landhoofd, wat kan leiden tot een conflict in de wapening. Om dit te voor - komen, is de volledige wapening in het land- hoofd in de kist uitgezet op basis van de posi- ties van de staafankers van de prefab liggers. Fundering landhoofden De landhoofden zijn zoals gezegd gefun- deerd op combiwanden. De combiwanden bestaan uit buispalen van 1016 mm × 22 mm (S355J2H+N) met daartussen damwand- planken PU22. De onderzijde van het land- hoofd is verbonden met de buispalen van de combiwand. Deze verbinding is gerealiseerd door de buispalen 0,8 m op te nemen in het beton van het landhoofd. Voor de overdracht van belastingen vanuit de landhoofden naar de palen, zijn aan de buispalen stalen ringen gelast, zogenoemde blokdeuvels (foto 10). Deze blokdeuvels zijn vooraf al op de paal- segmenten gemonteerd en voldoen aan uit- voeringsklasse EXC3. Vanwege de relatief beperkte diepte van het deel van de palen dat in het beton is opgenomen (ten opzichte van de diameter 1016 mm), moest zowel met het mechanisme van wrikken als het me- chanisme van afschuiving rekening worden gehouden. De verhouding tussen deze me- chanismen kon worden ingeschat op basis van de optredende rekken. Voor de dimensi- onering van de wapening in de landhoofden is het conservatieve uitgangspunt gehanteerd dat de kopmomenten van de buispalen vol- ledig door elk van deze mechanismen moet kunnen worden opgenomen. In verband met de drukspanningen ter plaatse van de blokdeuvels is voor de landhoofden gekozen voor beton C45/55. Krachtsverdeling De krachtsverdeling is bepaald door middel van een eindige-elementenmodel bestaande uit 1D-staven en 2D-plaatelementen in een 3D-omgeving. In het eindige-elementenpro- gramma SCIA Engineer is het gehele viaduct inclusief combiwanden gemodelleerd. In dit model is onder andere rekening gehouden met de orthotrope eigenschappen van het dek, die in overleg met Haitsma Beton zijn 9 Natte knoop tussen dekconstructie en landhoofd, foto: RDB Producties 9 20? CEMENT 6 20 21 Om het prefab dek monoliet te verbinden met de landhoofden, is over een lengte van 3,25 m een overgangsgebied gecreëerd waar wapeningsstek- ken vanuit de prefab liggers overlappen met wapenings- staven van het landhoofd 10 Blokdeuvelverbinding buispalen combiwand met landhoofd, foto: Witteveen+Bos bepaald. In de modellen is tevens rekening gehouden met de wijziging van het statisch systeem bij het aanstorten van het dek (kist-effect), de invloed van opgelegde ver- vormingen (temperatuur, krimp, kruip, steunpuntszettingen, opspaneffecten) en axiale en buigstijfheden van de palen. Palen? Bij de axiale stijfheden van de palen speelden met name de grote geotechnische variaties zoals die in Groningen kunnen voorkomen. Vanwege de grillige bodemge- steldheid is ter hoogte van alle buispalen gesondeerd. Over de breedte van het kunst- werk heeft dit geleid tot de toepassing van verschillende paallengten om de benodigde plugwerking te kunnen realiseren. De bere- kening van het draagvermogen is uitgevoerd conform CUR Rapport 2001-8 ('Bearing capacity of steel pipe piles'). Voor het bepa- len van de vervormingen zijn berekeningen gemaakt met D-Foundations. Hierbij is gere- kend met een buispaal met gesloten voet. Voor de aanvulling achter de landhoofden en de beddingen tegen de palen is gerekend met onder- en bovengrensstijfheden om te voorkomen dat respectievelijk veld- en steunpuntsmomenten zouden worden onderschat. Reductie steunpuntsmomenten? Ter be- perking van de steunpuntsmomenten en om te voldoen aan de scheurwijdte-eis van w k ? 0,20 mm, is voor het aanstorten van het dek met de landhoofden een voorbelasting op het dek aangebracht. Deze voorbelasting is vervolgens, na aanstorten en verharding, gefaseerd vervangen door de rustende be- lastingen zoals schampkanten, asfalt en randelementen. Feitelijk worden door deze aanpak de steunpuntsmomenten geredu- ceerd met het aandeel van de rustende be- lastingen, inclusief de invloed van de relatief zware randelementen. Voor het beschouwen van de optre- dende kruipeffecten is het superpositiebe- ginsel toegepast. Achtereenvolgens golden daarbij de volgende fasen: eigen gewicht en voorspanning (t 0 = 28 dagen), aanbrengen voorbelasting (t 1 = 60 dagen), aanstorten landhoofden (t 2 = 70 dagen), aanbrengen rustende belasting en verwijderen voorbe- lasting (t 3 = 84 dagen) en 100 jaar levensduur (t 4 = 36.500 dagen). Seismische belastingen? In Groningen moet ook rekening worden gehouden met seismi - sche belastingen. Aangezien de viaducten horizontaal volledig zijn ingesloten door 10 CEMENT 6 2021 ?21 grond zullen ze enkel de horizontale versnel- ling van de grond volgen, maar niet in een trillingsmodus r aken. Wel kan de horizontale belasting op de combiwanden toenemen. Deze toename is beschouwd volgens Mononobe- Okabe. Deze horizontale gronddrukken zijn echter niet maatgevend gebleken ten opzichte van de gronddrukken waarmee in de uiterste grenstoestand voor sterkte is gerekend. Ook verticale trillingen van het dek met quasi- permanente belasting door verkeer zijn niet maatg evend ten opzichte van de uiterste grenstoestand voor sterkte. Bouwfasering Na het aanbrengen van de prefab liggers is de dwarsvoorspanning aangebracht en ver- volgens zijn (tijdelijke) aanslagnokken op de landhoofden gestort. Dankzij deze nokken werkten de prefab liggers als stempelcon- structie tijdens het aanvullen van grond achter de landhoofden. Dit aanvullen moest gelijkmatig achter beide landhoofden plaats- vinden. Vervolgens kon de voorbelasting worden aangebracht en de knoop tussen landhoofd en prefab liggers worden gestort. Zodra de natte knoop voldoende was ver- hard, is de voorbelasting stapsgewijs verwij- derd. Door deze bouwvolgorde te hanteren, worden de steunpuntsmomenten die ont- staan in de aansluiting tussen het dek en het landhoofd zo veel mogelijk beperkt. Montage liggers Het gewicht van de liggers varieert tussen 112 en 123 ton. Ze zijn met twee 700-tons kranen op hun plek gehesen vanaf de naast- gelegen weg aan de zuidzijde van het viaduct. De montage is uitgevoerd in drie doorde- weekse nachten. Daarbij werd steeds rond 22.30 uur begonnen met hijsen tot circa 4.00 uur in de nacht, met een doorlooptijd van gemiddeld één ligger per halfuur. Gelet op de grote hoeveelheid wape- ning die vanuit de liggers stak, in relatie tot de wapening die al was aangebracht op het landhoofd én het feit dat het een waaierend dek betreft, was maatvoering uiterst belang- rijk. Ook moest rekening worden gehouden met toleranties van instortvoorzieningen, toleranties op prefab liggers, toleranties op maatvoering en toleranties op uitvoering van het landhoofd en landhoofdwapening. De nauwkeurige uitvoering van alle discipli- nes heeft geleid tot minimale conflicten. Gezien de moeilijkheidsgraad is te spreken van een geweldig resultaat waar iedereen trots op kan zijn. Ter beperking van de steun- puntsmomenten is vóór het aanstorten van het dek met de landhoofden een voorbelasting op het dek aangebracht 11 Voorbelasting op de dekconstructie, foto: RDB Producties 12 Plaatsing van prefab liggers, foto: RDB Producties 11 12 22? CEMENT 6 20 21 Met een lidmaatschap kun je inloggen op de website en heb je toegang tot alle beschikbare CROW-CUR Aanbevelingen. Interesse? Vraag een lidmaatschap aan via www.cur-aanbevelingen.nl of neem contact op met onze klantenservice 073-205 10 10 Maak jij regelmatig gebruik van CUR?Aanbevelingen? 24? CEMENT 6 20 21 column Afgelopen zomer heb ik doorgebracht op een van onze prachtige Waddeneilanden. Heerlijk uitwaaien en genieten van rust, ruimte en strand, net als veel anderen. Het aantal zon- uren viel helaas iets tegen, waardoor de vraag voor het opladen van alle iPhones en iPads van het hele gezin het aanbod zonne- energie ruimschoots overtrof. Het gevolg: een lege accu in het eerste weekend! We moesten daardoor direct over op kaarslicht. Best gezellig natuurlijk, maar niet praktisch. Gelukkig was er een aardige buur van wie wij de accuoplader konden gebruiken. In het klein werden we dus geconfronteerd met piekvraag en een beperkt aanbod. De rest van de vakantie zijn we daar heel bewust naar gaan leven. Deze mini-ervaring leerde mij wederom dat we veel bewuster onze vraag moeten afstemmen op het aanbod, alsof we het hele jaar op vakantie zijn. Op vakantie met een paspoort Om in 2050 volledig circulair te zijn in de bouwsector moet niet alleen het gebruik van hernieuwbare energie, maar ook het (her) gebruik van secundaire materialen een belangrijkere rol gaan spe- len. Er moet nogal wat gebeuren als we willen dat het gebruik van secundair materiaal echt een vlucht neemt. Het aanbod moet worden gedigitaliseerd, zodat er duidelijk inzicht is in vrijkomende materialen en de status ervan. In mijn vorige column heb ik al een pleidooi gehouden voor een materialenpaspoort: haalbaar en noodzakelijk. Het is mooi om te zien dat dit nu wordt uitgevraagd bij enkele tenders, bijvoorbeeld door de provincie Noord-Holland. Ga daar vooral mee door! Mijn oproep aan alle opdrachtgevers van nieuwbouw, bestaande bouw en sloopwerken is een vorm van een materialenpaspoort beschikbaar te stellen en verplicht te ma- ken, zodat grondstoffen hoogwaardig hergebruikt kunnen worden. Dan gaan we pas echt stappen zetten. Nederlandse 'AEX' voor hergebruik materialen Deze materialen en grondstoffen zouden we zichtbaar en verhan- delbaar moeten maken, op een 'online' marktplaats, zodat vraag en aanbod op elkaar wordt afgestemd. Er bestaan al enkele mooie initiatieven, maar het ontbreekt nog wel aan een echte 'AEX' of 'Aalsmeerse bloemenveiling' voor secundaire (bouw)mate- rialen en producten. De materiaal- en grondstofstromen die qua volumes de meeste aandacht behoeven, hebben ook de hoogste CO 2-impact. Daar zou een Nederlandse 'AEX' voor hergebruik van materialen zich in eerste instantie op moeten richten. De tendens dat marktpartijen dit voor zichzelf gaan inrichten is niet de oplossing. Dit moet branche-overstijgend plaatsvinden, zodat de gehele markt, van grote tot kleine speler, hiervan gebruik kan maken. Piek en dalen op vakantie Ir.ing. S.M. (Sander) den Blanken RO?(47) studeerde Civiele Techniek aan de TU Delft. Hij heeft meer dan twintig jaar ervaring bij diverse ingenieurs - bur eaus, waaronder Arcadis, Ingenieurs - bur eau Gemeente Amsterdam en Arup. Sinds maart 2019 is Den Blanken managing director van BAM Infraconsult en sinds augustus 2020 statutair directeur van BAM Infra Assetmanagement, beide onderdeel van BAM Infra Nederland. Samen met Dorien Staal, statutair directeur van Voorbij Prefab, neemt Den Blanken gedurende twee jaar de column in Cement voor zijn rekening. Wil je reageren op deze column, stuur dan een email naar cement@aeneas.nl. CEMENT 6 2021 ?25 Supplychain managen In de afgelopen zomerperiode hebben enkele grote investeerders zoals Jef Bezos en Bill Gates, een aandeel genomen in een mijnbouw- bedrijf dat kobalt delft in Groenland en Finland. Kobalt wordt gezien als een zeer belangrijke grondstof voor de productie van elektrische voertuigen en in het bijzonder de accu's van deze e-auto's. Of dit nu wel of geen wenselijke maatschappelijke ontwikkeling is, laat ik even in het midden. Ook schoten de prijzen van hout, staal en aluminium omhoog, als ware het een nieuwe goudkoorts. De belangrijkste reden was vooral de piekvraag na het (her)openen van de maatschappij na corona versus het teruggeschroefde aanbod. Het laat zien dat de 'war on materials' echt aan staat en het groot vermogen zichzelf inkoopt en hiermee een voorkeurspositie bemachtigt. Het goed managen van de volledige supply chain van grondstof tot eindproduct maakt dat de intrinsieke waarde van grondstoffen wel of niet kan worden verzilverd en je verzekerd bent van levering in de toe- komst. Voor alle betrokkenen in de bouwwereld zouden de recente signalen een wake up call moeten zijn. Iedereen zou zich nadrukkelijker bezig moeten houden met het inrichten van een circulaire supply chain, zodat we minder afhankelijk zijn van primaire grondstoffen. Ingenieurs, verbreed je horizon! Vanuit een ontwerpersperspectief moet bij de materiaalkeuze ook gekeken worden naar factoren zoals waarde, kwaliteit, aanbod van materialen, losmaakbaarheid, transporteerbaarheid en de mogelijk - heid tot hoogwaardig hergebruik in de nieuwe functie. Kortom, de toekomstige opgaaf voor ingenieurs is veel complexer dan wanneer we ongebreideld zouden beschikken over nieuwe, primaire grondstof - fen. Hierbij is fundamentele kennis van materialen en hun degeneratie cruciaal voor het kunnen maken van een juiste inschatting. Het ont - werp moet worden gebaseerd op vrijkomende materialen. Als we weten wat wanneer waar vrijkomt, dan moet hier ook mee ontworpen worden. Een vorm van 'reversed engineering' zou je kunnen zeggen. Ingenieurs moeten hun horizon verbreden en kennisvelden bijspijkeren. Dus geef je op voor de trainingen en opleidingen, zoals die de Beton- vereniging en Bouwen met Staal op dit vlak aanbieden. Assetmanagers aan zet Ook voor de assetmanagers bij grote bouwbedrijven is het van belang dat van tevoren duidelijk is wanneer er in een project vraag komt naar vrijkomende materiaalstromen binnen de eigen portefeuille. Daarbin - nen is er veel te winnen in de combinatie van bouw en afvalstromen. Dit zien wij onder ander e terug op ons areaal van Schiphol, waar het is gelukt de opslag van materialen en elementen in een 'bouwhub' sa - men te brengen, inclusief de keuring van materialen en garantie voor her gebruik. Op deze een plek waar meerjarig materiaalopslag en -overslag plaatsvindt, brengen wij heel bewust vraag en aanbod con - tinu bij elkaar. Net alsof we het hele jaar op vakantie zijn! "Pas als we een vorm van een materialen­ paspoort beschikbaar stellen en verplicht maken, gaan we echt stappen zetten" "Ingenieurs moeten hun horizon verbreden en kennisvelden bijspijkeren" Dynamische analyse machinefundament Dynamische krachten vereisen een stijf fundament 1 Installatie van een gelijkwaardige 60 MW gasturbine 1 26? CEMENT 6 20 21 Een van de grootste industriële complexen van Noordwest-Europa vervangt één van zijn Gasturbine en Alternator (wisselstroomgene- rator) Units (GTA-Units) om in de toekomst meer en op efficiëntere wijze elektrische stroom te kun- nen opwekken. De nieuwe machine weegt meer dan 300 ton en genereert een elektrisch vermogen van 60 MW. Dit is 20% meer dan de oude capaciteit. De fabrieken zijn hierdoor minder afhankelijk van de relatief dure netstroom. In verband met de risico's en kosten moet de huidige machine tijdens de vervanging in bedrijf blijven. Hierdoor is er voor de nieuwe GTA-Unit een nieuw fundament nodig. GTA-Unit De roterende delen van de GTA-Unit veroor- zaken dynamische krachten (onbalanskrach - ten), waardoor hinderlijke en schadelijke trillingen en/of resonanties kunnen ontstaan. Om dit te voorkomen, is de eigenfrequentie van het fundament bepaald en zijn de optre- dende amplitudes en trillingssnelheden bere- kend. De belangrijkste aspecten die van in - vloed zijn op een dynamische analyse zijn: afmetingen van het fundament en bijbeho- rend paalontwerp; opererende toerentallen en grootte van de onbalanskrachten; gemeenschappelijk zwaartepunt van de massa; aangrijplocaties van de onbalanskrachten; eigenschappen van de grond. Funderingsontwerp Het nieuwe fundament is 1,6 m dik, 25,0 m lang en 5,0 m breed. Het paalontwerp bestaat uit twee rijen van acht geschroefde stalen buispalen (Ø457 mm) met regelmatige af- standen van 3,4 m in lengterichting en 3,8 m in dwarsrichting. De buispalen reiken tot circa 25,0 m diepte en zijn volledig gefixeerd in het fundament. De GTA-Unit is opgesteld op twee stalen frames die door middel van voorgespannen ankers zijn bevestigd aan het fundament. De machine is omhuld met een geluidsabsorberende beschutting. Onbalanskrachten Een onbalanskracht wordt veroorzaakt door- dat het massazwaartepunt van het roterende deel niet samenvalt met het centrum van de aandrijfas. De grootte van de rotorexcentrici - teit is afhankelijk van de mate waarin de ma - chine is uitgebalanceerd. Dit uitbalanceren is echter wel aan beperkingen onderhevig. Er zijn kosten aan verbonden en bovendien neemt de onbalans toe door onvermijdelijke slijtage als gevolg van het gebruik van de ma - chine. Het streven naar een volledige uitba - lancering is hierdoor geen logische keuze [1]. De onbalanskrachten van de GTA-Unit treden op in dwarsrichting van het funda - ment en kunnen onder elke willekeurige hoek optreden. De exacte grootte en de aangrijplocatie van de onbalanskrachten worden normaliter opgegeven door de ma - chineleverancier. Doordat in de voorlopige ontwerpfase van het project de leverancier nog niet bekend was, waren deze gegevens ING. MICHIEL PLOKKER IENG Senior constructeur Worley Nederland B.V. 1) ING. PASCAL FERRARIS Senior constructeur Fluor Consultants B.V. 1) Tijdens het schrijven van dit artikel was Michiel Plokker werkzaam bij Fluor Consultants B.V. auteurs Zware machines met roterende delen genereren dynamische krachten, waardoor een voldoende stijf fundament nodig is. Minimale amplitudes en trillingssnelheden kunnen namelijk al leiden tot kostbare schade en storingen aan de machine. Het analyseren en beoordelen van het dynamische gedrag van het fundament behoort daarom tot een van de belangrijkste aspecten van de constructieve berekening. CEMENT 6 2021 ?27 niet beschikbaar. De grootte van de onba- lanskrachten zijn hierdoor berekend aan de hand van de ACI 351.3R-04 van het American Concrete Institute [2]. Deze code, specifiek van toepassing op fundamenten voor ma- chines met roterende delen, voorziet in praktische formules waarmee de maximaal optredende onbalanskrachten kunnen wor- den uitgerekend.De grootte van de onbalanskracht (F) is afhankelijk van de roterende massa (m), rotorexcentriciteit (e), en het toerental (n) van de machine, volgens de formule: F = m e ? 2, waarbij ? = n · 2 · ?/60 De roterende massa en het toerental zijn be- paald op basis van projectervaring met soortgelijke machines. De rotorexcentriciteit van de GTA-Unit is afhankelijk van het kwa- liteitsniveau van de uitbalancering (balance quality grade) die is voorgeschreven in de internationale standaard ISO 1940-1 [3]. De aangrijplocaties van de onbalanskrachten zijn ingeschat aan de hand van de posities en afmetingen van de roterende delen. In latere fase zijn de werkelijk optre- dende onbalanskrachten van de machinele- verancier vergeleken met de berekende krachten uit ACI 351.3R-04. De exacte krach- ten van de machineleverancier bleken onge- veer 10-15% lager te liggen. De gehanteerde uitgangspunten en formules uit ACI 351.3R-04 konden hierdoor voor dit project als betrouw - baar en behouden worden beschouwd. 2 Opstelling van de GTA-Unit WERKING GTA-UNIT Een GTA-Unit bestaat hoofdzakelijk uit een compressor, verbran- dingskamer, turbine, tandwielkast en alternator (fig. 2). Met de compressor wordt de lucht aangezogen en samengeperst, waar- door de luchttemperatuur en -druk toenemen. In de verbrandings- kamer wordt vloeibaar gas ingespoten waarna het mengsel van de gecomprimeerde lucht en vloeistof wordt ontstoken (chemische energie). De geëxpandeerde uitlaatgassen, die zich met hoge snel- heid in de straalbuis van de turbine voortbewegen, zorgen ervoor dat de rotorbladen gaan draaien (kinetische energie) en de turbine- as wordt aangedreven. Ter plaatse van de tussenliggende tand- wielkast, die beide machine-assen koppelt, wordt de rotorsnelheid van de turbine (6400 omw/min resp. 106 Hz) omgezet naar het toerental van de alternator (3000 omw/min resp. 50 Hz). De alter- nator bestaat uit elektromagneten (rotor) die rondom zijn voorzien van koperen spoelen (stator). Door de magnetische velden gaat de rotor draaien, waardoor elektrische spanning wordt opgewekt en er stroom gaat vloeien (elektrische energie). Door de GTA-Unit te combineren met een Heat Recovery Steam Generator (HRSG) kan een aanzienlijk hoger rendement worden verkregen. De warme rookgassen, die vrijkomen uit het verbrandingsproces, kunnen onder andere door de HRSG worden opgevangen en gebruikt om bijvoorbeeld een stoomturbine aan te drijven. Hierdoor kan nog meer elektriciteit worden geproduceerd. De afgewerkte stroom kan vervolgens voor verwarmingsdoeleinden worden gebruikt. 2 28? CEMENT 6 20 21 Vibration Limits Frequency (r pm) 60 1 20 1 80 2 40 3 60 4 80 6 00 1 20 0 1 80 0 2 40 0 3 60 0 4 80 0 6 00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 1.0 2 3 4 6 8 10 20 30 40 60 80 100 V ib ra cti on Am pl itu de, P e ak-T o-P eak (m il s ) Coastdown L im it R ecipro cating Centr if ugal Obn ox io us Le v e l Fo r Bu il d i n g s C le ar ly Pe rc e pta b l e B a re ly P erc ep t a b l e M achine Tolerance Hum an Toler ance p eak-to- p eak amplitude Beoordelingscriteria De afmetingen en de paalconfiguratie van het fundament zijn bepaald aan de hand van ontwerpregels uit praktijkrichtlijnen [4]. Deze zijn van toepassing op de minimaal be- nodigde betonmassa, maximale paalbelasting en het zwaartepunt van de paalgroep. Het ontwerp is vervolgens geanalyseerd, door- gerekend en beoordeeld op resonantie, amplitudes en trillingssnelheden. In verband met het resonantiecriterium moet de eigenfrequentie van het fundament minimaal 20% buiten het operationele toeren - tal van de machine liggen (40 Hz ? 120 Hz). Binnen dit gestelde domein moeten de am- plitudes van het fundament voldoende klein zijn om onaangename uitwijkingen voor werkend personeel in de nabijheid van de machine te vermijden. Ter plaatse van de machine-as moet worden voldaan aan de gestelde criteria om de gewenste machine- prestaties te kunnen leveren zonder dat er storingen en/of schades ontstaan door te grote amplitudes en trillingssnelheden. De toetsing van de amplitudes is uit- gevoerd met het beoordelingsdiagram, weergegeven in figuur 3. Bij een opererend toerental van 3000 omw/min worden de amplitudes van het fundament duidelijk voelbaar vanaf 4,5 ?m (0,18 mils) en als on- aangenaam ervaren vanaf 15,5 ?m (0,61 mils). De amplitudes ter plaatse van de machine-as mogen niet groter zijn dan 12,7 ?m (0,50 mils). De maximaal toelaatbare trillingssnelheden mogen niet hoger zijn dan 2,5 mm/s voor het fundament en 2,0 mm/s ter plaatse van de machine-as. Deze eisen zijn afkomstig van de opdrachtgever. Als aanvulling op de reguliere beoor- delingscriteria zijn er specifiek voor deze machine ook een aantal aanvullende toet- singen verricht. Door het hoge toerental van de machine wordt bij het opstarten en uit- schakelen de eigenfrequentie gepasseerd. Het fundament bevindt zich hierdoor kort- durend in resonantie, waardoor er een aan- en uitloopanalyse is uitgevoerd. De maximale amplitude van de eigenfrequentie mag hier- bij niet groter zijn dan 88,9 ?m (3,5 mils). Dit criterium is in figuur 3 aangegeven als 'Coastdown Limit'. Gedurende de operationele levensduur van de machine ontstaat er speling tussen de lagers en de machine-as, waardoor grotere onba - lanskrachten ontstaan. Deze vorm van slijta - ge wordt ook wel 'tripping' genoemd. Voor tripping gelden er ruimere eisen. Doordat de machine is begrensd, en automatisch afslaat wanneer er te hoge trillingssnelheden worden gemeten, is de mate van tripping beperkt. In bijzondere situaties kan kortslui- ting in de alternator ontstaan, waardoor deze acuut vastloopt. De voorgespannen ankers waarmee de machine is bevestigd, zijn hierdoor voornamelijk berekend op de kortstondige trekkrachten. Gezien de beno- digde afmetingen van het fundament om aan de dynamische criteria te voldoen, is deze calamiteitenbelasting niet bepalend voor het ontwerp. Om trillingen en/of resonanties te voorkomen, is de eigenfre- quentie van het fundament bepaald en zijn de optredende amplitudes en trillingssnelheden berekend 3 Beoordelingsdiagram 3 CEMENT 6 2021 ?29 5 6 4 Een onbalans- kracht wordt veroorzaakt doordat het massazwaarte- punt van het roterende deel niet samenvalt met het centrum van de aandrijfas 4 Equivalente uitkraging 5 Principe van verminderde aanhechting en afname afschuifmodulus [6] 6 Paalverplaatsing door horizontale onbalanskracht [7] Paalstijfheid en demping Onder invloed van een harmonische, dyna- mische belasting zijn de stijfheid en dem- ping van het fundament voornamelijk af- hankelijk van de dynamische interactie van de palen met de omliggende grond. Equivalente uitkraging? Vanwege de com- plexiteit van de geotechnische respons en door het gebrek aan geavanceerde rekensoft - ware, was het in het verleden gebruikelijk de stijfheid van de grond tegen de paal volledig te negeren en de palen te fixeren ter plaatse van het maximaal optredende moment (fig. 4). De hoogte van de equivalente uitkraging werd bepaald aan de hand van de toegepaste paalmiddellijn en aanwezige grondgesteld- heid. Door de grond tegen de paal niet te beschouwen, wordt de horizontale stijfheid van het fundament te laag ingeschat, wat leidt tot een lagere eigenfrequentie dan in werkelijkheid het geval is. Aangezien ook de effecten van demping niet worden mee- genomen, worden er te hoge amplitudes en trillingssnelheden berekend. Paalimpedantie? Een relatief eenvoudige manier om de dynamische paal-grondinter- actie te bepalen, is met behulp van de methode paalimpedantie [5]. Hierbij worden de zes vrijheidsgraden van de paal uitge- drukt in impedantiefuncties (zie kader), die met behulp van dimensieloze parameters en frequentie worden herleid tot steunpunts- formules. Met de formules kunnen de drie translatie- en rotatiewaarden voor de paals- tijfheid en demping worden berekend, die als invoergegevens voor andere rekenmodel - len kunnen worden gebruikt. De methode is echter van toepassing op een uniforme grondgesteldheid. Wanneer de bodemopbouw uit meerdere grondlagen bestaat, moet er één representatieve grond- parameter worden afgeleid voor de afschuif- modulus, gronddichtheid en schuifgolfsnel- heid. Bij een bodemopbouw met veel wisselende en verschillende grondlagen is deze methode niet geheel nauwkeurig. Ook wordt met deze methode geen rekening ge- houden met de verminderde of gebrekkige grondaanhechting tegen de paal als gevolg van dynamische trillingen van de machine. De verminderde aanhechting, die met name van toepassing is bij ondiep gelegen grond- lagen, veroorzaakt een parabolische afname van de afschuifmodulus over de diepte (fig. 5). Het negeren van dit effect leidt tot een over- schatting van de berekende steunpuntstijf- heden, waardoor de eigenfrequentie van het fundament te hoog wordt berekend. 30? CEMENT 6 20 21 Dynamische modellen? Laatste decennia zijn de geotechnische modellen verder geop- timaliseerd om het dynamische gedrag nog nauwkeuriger te kunnen benaderen. Aan de meest gebruikte modellen liggen de im- pedantiefuncties ten grondslag, waarbij de theoretische achtergronden zijn gebaseerd op continuümmodellen en eindige-elemen- tenmodellen. Maar dergelijke analyses en beschouwingen gaan gepaard met veel en gecompliceerd rekenwerk, waardoor het gebruik van een computergestuurd reken- model nagenoeg onvermijdelijk is geworden. Dynamisch model Om de paal-grondinteractie nauwkeurig te bepalen, zijn analyses uitgevoerd met be- hulp van een rekenmodel in DynaN (fig. 7). Het fundament is hierbij gemodelleerd in een halfruimte van homogene en isotrope grondlagen, die zich lineair visco-elastisch gedragen en waarbij de vlakke spannings- toestand van toepassing is. De eigenschap- pen van de grondlagen zijn verkregen uit dynamische sonderingen en ingegeven door de dichtheid (?), schuifgolfsnelheid (v s) en poisson-coëfficiënt (?). Onbalanskrachten? In het rekenmodel is elke onbalanskracht geprojecteerd op het gemeenschappelijke zwaartepunt van de sta- tische belasting. Doordat de onbalanskracht v an elke component zich op een bepaalde afstand en hoogte bevindt ten opzichte van dit punt, is naast een dynamische kracht ook een dynamisch buigend moment ingegeven. Het fundament ondergaat hierdoor niet al - leen een verplaatsing maar ook een rotatie. Schematisering? De toegepaste rekenmetho- diek die door DynaN wordt gehanteerd, is gebaseerd op de verbeterde methode van Novak [8]. Hierbij wordt de horizontale geo- technische respons van de dynamische paal-grondinteractie benaderd met een Hybride Dynamisch Winkler Model (fig. 8). Dit model bestaat uit een aaneenschakeling van in serie gepositioneerde translatieveren