ing.L.T. de RooyRijkswaterstaat, Directie Bruggen, Voor-burgBrug over de Amstel in de A101aDe nieuwe brug over de Amstel; voorlopig isalleen de zuidelijke brug gebouwd, in detoekomst volgen nog de noordelijke brugvoor eveneens autoverkeer en tussen dezetwee een gecombineerde spoorweg- enmetrobrugANP-FOTOInleidingVolgens het huidige ontwerp is de A 10, de Ringweg om Amsterdam, circa 35 km lang metaansluitingen op diverse andere rijkswegen en een tiental stadswegen. Van de Ringweg is opdit moment de zuidelijke tak voor een groot gedeelte in gebruik, namelijk het stuk tussen deCoentunnel en de A 2. Het laatste gedeelte tussen de Europaboulevard bij de RAI en deaansluiting met de A 2 is enkele weken geleden opengesteld. Het traject tussen de A 2 en denoordelijke tak via Schellingwoude zal nog wel enige tijd op zich laten wachten.In het gedeelte tussen de Europaboulevard en de aansluiting met de A 2 bevindt zich dekruising met de rivier de Amstel ter hoogte van het voormalige Floriadeterrein, het huidigeAmstelpark. Voor deze kruising zijn twee evenwijdig lopende bruggen gepland. De ruimtetussen beide bruggen, circa 90 meter, zal in de toekomst benut worden voor spoorweg- enmetrobruggen.Van al deze bruggen wordt voorlopig alleen de zuidelijke brug gebouwd. De noordelijkeverkeersbrug zal, als de financi?le middelen van de overheid dit toelaten, over ongeveer 5 jaarworden gebouwd.Figuur 1 geeft de situatie weer. Hierop is tevens te zien dat de brug de laatste hindernis is voorde aansluiting met de A 2.Cement XXXIII (1981) nr. 8 528OntwerpDe eerste plannen voor een Amsteloverbrugging op deze plaats dateren uit 1905; de eersteontwerpen zijn van aanmerkelijk latere datum, namelijk een ontwerp uit 1928 voor eenbeweegbare brug en een ontwerp uit 1941 vooreen vaste brug.Na 1941 is het, wat de Amsteloverbrugging betreft, betrekkelijk stil geweest, totdat deRingweg in het Rijkswegenplan werd opgenomen. Vanaf die tijd is men doende geweest methet ontwerp, hetgeen geen eenvoudige zaak was, omdat men te maken kreeg met velebelangengroepen met elk hun eigen pakket aan eisen.Enkele van de belangrijkste ontwerpeisen waren:- brugklasse 60 van de VOSB 1963;- de brug moest voldoende breed zijn voor 2x2 rijstroken + een paral lelstrook, omdat de brugvoorlopig voor beide rijrichtingen gebruikt zal worden;- maximale constructiehoogte 3,50 m;- het uitzicht onder de brug moest minimaal worden belemmerd, omdat de brug precies in eenscherpe bocht van de Amstel ligt;- de brug moest tevens beschikbaar zijn voorwielrijders en voetgangers;- het prof iel van vrije ruimte in de doorvaart moest geschikt zijn voor schepen van 1000 ton;- het natte profiel van de Boezemtocht, naast de Amstel gelegen, naar het Poldergemaal, moestconstant blijven.Deze en andere, niet genoemde, eisen hebben geleid tot het huidige ontwerp, waarvan eenlangsdoorsnede en dwarsdoorsnede wordt gegeven in de figuren 2 en 3.Er is ooit nog sprake geweest om de metrosporen op de verkeersbruggen te leggen enzodoende de metrobruggen uit te sparen. Had men hiervoor gekozen, dan hadden thansbeide verkeersbruggen moeten worden gebouwd.OnderbouwDe brug wordt ondersteund door 6steunpunten, te weten 2 landhoofden en 4 pijlers. Figuur2geeft een beeld van de steunpuntsindeling. Alle steunpunten zijn gefundeerd op voorgespan-nen betonpalen 450 450 mm2op een diepte van circa 22 m - NAP. Op deze paalpuntdiepte iseen paalbelasting van 1200 kN toelaatbaar. Bijde pijlers is dit volledig beschikbaar voor hetdraagvermogen; bij de landhoofden moet de negatieve kleef nog in rekening wordengebracht.De voor de berekening aangehouden negatieve kleef bedraagt voor steunpunt 1 (westelijklandhoofd) 250 kN per paal en voor steunpunt 6 (oostelijk landhoofd) 350 kN per paal. Hetverschil werd veroorzaakt door het feit dat de westelijke terp reeds lang aanwezig was en deoostelijke terp nog moest worden gemaakt. Een door het Laboratorium voor Grondmechani-ca uitgevoerde stabiliteitsberekening van de nieuwe oostelijke terp wees uit dat wanneerdeterp te dicht bij de Amstel zou komen, er gevaar bestond voor afschuiving de Amstel in.Derhalve is een veilige afstand aangehouden en bovendien heeft men bij het op hoogtebrengen van de terp een laag tempo aangehouden.Door vertraging in de aanbesteding is voor een wel zeer ruime zettingstijd van 1,5 jaargezorgd. Ondanks de lange zettingstijd moesttoch nog rekening gehouden worden meteenbuigend moment van 130 kNm per paal, hetgeen met palen 450 450 mm2nog juist op tenemen was.Cement XXXIII (1981) nr. 8 529Met uitzondering van steunpunt 4 zijn alle steunpunten zonder damwandkuip in den drogegemaakt. Bij steunpunt 4 kon het gebruikelijke onderwaterbeton achterwege blijven door deaanwezigheid van een afsluitende laag op 12,00 m-NAP. De grondlaag onder de afsluitendelaag (12,00 tot 14,00 m - NAP) had een stijghoogte tot ongeveer 4,00 - NAP, hetgeenongeveer het niveau van Amstelbodem is. Door de stalen damwand door die laag te heien,ontstond binnen de kuip na droogmalen een priv? droogmakerij. Na ontgraving binnen dekuip tot 6,00 m - NAP en droogzetting was nog net voldoende stabiliteit aanwezig.Omdat de brug precies in een bocht van de Amstel ligt, bestond er gegronde vrees vooraanvaring van steunpunt 4. Deze is dan ook voorzien van een omvangrijk remming- engeleidewerk. Desondanks is een belasting door aanvaring in rekening gebracht van 1500 kN,aangrijpende op de waterlijn.Toegepast zijn tef Ion-opleggingen, die in alle of enkele richtingen vrij beweegbaar zijn. De opde steunpunten werkende horizontale krachten zijn conform de VOSB1963. Steunpunt4 wasqua vorm en plaats het meest geschikt als vast punt voor horizontale krachten in de richtingvan de brugas. De zuidelijke kolommenrij is het vaste punt voor de horizontale krachtenloodrecht op de brugas.Het toekomstige complex van bruggen met bijbehorende steunpunten veroorzaakt onder debruggen een zogenaamd 'donker gat'-effect. Om dit effect tot een minimum te beperken isgesteld dat:- de pijlers uitgevoerd moesten worden als kolom en niet als wand (dusgeen coulissevorming);- de steunpuntassen volgens een raaklijn aan de Amstelbocht moesten lopen.Deze eisen hielden in dat elke pijler opgebouwd moest worden uit twee, onafhankelijk vanelkaar gefundeerde, kolommen en dat de steunpuntas van elke pijler een andere krui-singshoek met de brugas heeft. De kolommen, meteen diameter van 2,5 m, staan afhankelijkvan de kruisingshoek 14 m tot 18 m hart-op-hart. Door het verschil in kruisingshoek zijnvelden ontstaan met een variabele overspanning. Over de noordelijke kolomrij gemetenbedragen deze overspanningen 27,5-45,0-66,95-65,0-53,3 m en over de zuidelijke kolomrijgemeten bedragen deze 27,5 - 45,0 - 75,0 - 68,0 - 57,6 m.3aTen behoeve van een maximaal uitzichtonder de brug zijn de steunpuntenuitgevoerd als kolommen in plaats vanwandenBovenbouwDe bovenbouw is uitgevoerd als kokerligger in voorgespannen grindbeton met een construc-tiehoogte van 3,5 m. Bepalend hiervoor is geweest de overspanning van veld 3 (66,95 tot 75,0m). De 26,5 m brede kokerligger is opgedeeld in 5 cellen. Het aan de zuidzijde gelegenfiets/voetpad is verlaagd aangebracht, uit het vlak van het wegverkeer.Om esthetische redenen zijn de twee buitenste cellen van een schuinoplopende onderkantvoorzien. Op die manier is nu een hoofddraagsysteem ontstaan bestaande uit een 3-celligekokerligger. De twee buitenste cellen maken geen essentieel deel uit van het hoofddraagsys-teem.De ligger, waaraan het voetpad vastzit, heeft de grootste overspanningen en daarmee meervoorspanning dan de andere liggers. Zodoende valt het drukpunt van de totale voorspanningniet samen met het zwaartepunt van de kokerdoorsnede, waardoor de brug in het horizontalevlak kan kromtrekken. Aangezien dit slechts 25 mm op 26,5 m bedroeg, kon het voor hetbrugdek geen probleem zijn.De moeilijkheid zat hem in de opleggingen op de zuidelijke kolommenrij. Dezezijn namelijk inde richting loodrecht op de brugas als vaste oplegging uitgevoerd (zie onderbouw). De brugkan dus niet vervormen, maar voorspannen ;'s vervormen. Kortom, er zou iets kapot moetenCement XXXIII (1981) nr. 8 530gaan. Oplossing van dit probleem lag simpel: zorg dat drukpunt en zwaartelijn samenvallen.Dit werd bereikt door ?n de buitenste ligger compensatievoorspanning aan te brengen. Dltzijnrechte horizontale kabels die g??n dragende functie mogen hebben. Figuur 4 maakt boven-staande wellicht wat duidelijker.Alle kabels voor de langsvoorspanning zijn van het type BBRV 50 0 7 FeP 1670 en wordenaf gespannen op 75% van de breukkracht (Fp,0 = 2410 kN).De trapeziumvormige buitencel is niet vormvast en zal bij belasten vervormen volgens f ?guur5. Dit vervormen is ook de reden waarom voor de compensatievoorspanning rechte kabelszijn toegepast: er m?g geen krommingsdruk ontstaan.Het verlaagde voetpad zorgt vooreen zeer ongunstige belasting op de hoofdligger, namelijkeen kracht loodrecht op het vlak van de hoofddraagrichting. In figuur 6 zijn de primairemomenten inde liggeraangegeven, waarbij men moet bedenken dat normaal in een hoofdlig-ger deze primaire momenten nul zijn.De kokerligger wordt in dwarsrichting niet voorgespannen. Uitzondering hierop vormen diedwarsdragers ter plaatse van steunpunt 2 t/m 5, welke zijn voorgespannen met 6 tot 8voorspankabels BBRV 30 0 7 FeP 1670. Deze dwarsdragers, met afmetingen van 2,0 3,5 m,moeten de reacties uit de 4 hoofdliggers overbrengen naarde twee kolommen. Ter plaatsevan de landhoofdeniselkehoofdliggerondersteund, waardoordie dwarsdragers niet wordenbelast op buiging maar op wringing, vooral die bij steunpunt 6. Voorspannen is hierbij nietnodig.De dwarsdragers ter plaatse van de landhoofden zijn helemaal dicht, omdat ze tevens debrugbe?indiging vormen. Dedwarsdragers boven de pijlerszijn niet geheel gesloten; er iseenruimte tussen de bovenkant van de dwarsdrager en de onderkant van het rijdek, een'brievenbus idee'. Dit is gedaan om van de ene cel in de andere te kunnen komen. Constructiefheeft dit het voordeel dat de rijdekwapening niet onderbroken behoeft te worden.In de twee buitenste cellen komen geen dwarsdragers voor, behalve als brugbe?indiging.Uitvoeringsmethode bovenbouwHet ontwerp is uitgewerkt voor een ter plaatse gestorte brug. De totale bruglengte, circa265meter, is echter te lang om in 1 keer te kunnen worden gestort. Bedenk maar eens hoeveelbekisting en ondersteuning dan nodig ?sen hoelang het storten duurt. En zo iser nog wel meerte bedenken.Derhalve is de brug in delen gemaakt, volgens de 'veldsgewijze bouw'. De brug wordt nietzoals de bouwwijze suggereert veld voor veld gebouwd, maar in 3 delen of storten, waarbij dewerkwijze gelijk is als bij de veldsgewijze bouw. De lengte van deze storten wordt bepaalddoor de plaats van de verbinding, de koppelvoeg, tussen twee storten. De plaats van dekoppelvoeg wordt op zuiver constructieve grond bepaald, namelijk op het momentennulpunt(momenten bij permanente belasting). Men heeft dan geen of weinig last van het verkruipenvan de momenten, het zogenaamde kisteffect.Bij deze brug zijn de koppelvoegen niet op de bovenbeschreven ideale plaatsen terechtgekomen, maar op voorgeschreven, meer practisch gekozen plaatsen. De eerste koppelvoegkomt hierdoor20,0 m voorbij steunpunt3en de tweede 17,5 m voorbij steunpunt4ff/g.2j. Stort1 heeft hiermee een lengte van 92,50 m gekregen, stort 2 68,20 m en stort 3 104,20 m en wasdaarmeehet grootste stort (2600 m3).Bij stort 1 ontstaat een overstek van 20 m, wat redelijk dicht bij het momenten nulpunt is endaarmee weinig problemen oplevert. Bij stort 2 ligt dit anders; daar ontstaat een overstek van17,50 m wat veel te kort is. Zodoende ontstaat een overstekmoment wat klein is ten opzichtevan het definitieve moment, terwijl wel reeds de volledige voorspanning aanwezig is (anderskan veld 3 niet gedragen worden). Dit resulteert dan in een trekspanning in de ondervezel, hettoekomstige drukgebied, bij steunpunt 4. Tijdelijke voorspanning was hierbij niet nodig.Na verharding van elkstort wordt voorgespannen en ontkist.Figuur7 toont stort Ivrijdragenden stort 2 in de kist. Dit bouwsysteem brengt met zich mee dat de voorspankabels in dekoppelvoeg moeten worden doorverbonden. In verband met dit koppelen is het voorspansy-CementXXXIII(1981)nr.8 5317Bekistingsfase stort 2; stort 1 is inmiddelsontkist8Uitvoering van de eerste koppelvoeg10'Computer impression ' van het rekenmodelsteem BBRV toegepast. Figuur 8 geeft een beeld van koppelvoeg 1.Met u ?tzondering van de kabels i stort 1 worden al Ie voorspankabels aan ??n zijde gespan-nen, immers aan de andere zijde zitten ze vast aan de kabels van het vorige stort.Berekening bovenbouwBij de berekening van de bovenbouw is gebruikgemaakt.van diverse computerprogramma's.Het belangrijkste is wel het hoofddraagsysteem. Dit is berekend met het elementenprogram-ma SUSAN/1. Bij het'vertalen'van de brug in een rekenmodel waren de volgende punten zeerbelangrijk:. de elementkeuze;. minimaal aantal elementen bij maximaal mogelijke nauwkeurigheid;. zo klein mogelijk aantal vrijheidsgraden in het oplosfront.Bij de keuze van het element (punt 1) is het de vraag waartoe het element in staat moet zijn. Bijeen kokerligger is dit vrij duidelijk; het element moet krachten in zijn vlak kunnen opnemen,schijfwerking dus. Om nu belastingoverdrachttussen de hoofdliggers (lastspreiding) moge-lijk te maken, moet ook belasting loodrecht op het vlak mogelijk zijn, buigwerking dus.Zodoende is gekozen voor schijf/buigelementen, welke bij Susan/1 'Quacal' of 'TricaV(vierhoekig of driehoekig) heten. Om aansluitproblemen tussen de elementen (compatibili-teit) bij voorbaat uit te sluiten zijn alle elementen van hetzelfde type genomen.Het tweede punt (aantal elementen) is van belang voor de computercapaciteit. Bij deschematisering is men uitgekomen op 725 Quacal elementen. Een Quacal element bezit 5vrijheidsgraden per knoop. Het rekenmodel heeft 516 knopen, waardoordus2580 vergelijkin-gen met even zovele onbekenden ontstaan. Voor een computer geen probleem.Als gevolg van de elementeigenschap van constante spanning langs boven- en onderrand(fig. 9a), is de elementlengte variabel genomen. Zodoende kan de momentenpiek bij desteu npu nten met korte elementen worden benaderd en het momenten verloop in het veld metlange elementen (fig. 9b).De lengte-breedte verhouding van een element is maximaal op 2,5:1 gehouden om voldoen-de betrouwbare uitkomsten te krijgen. Voor de liggerhoogte kan volstaan worden met ??nelement; het element geeft voldoende informatie. Om een goede schematisering van hetvoetpad mogelijk te maken moest daar de liggerhoogte in twee elementen worden verdeeld.Het rijdek en de vloerplaat tussen de liggers is tot ??n element beperkt. Een nadeel hiervan isechter dat in dwarsrichting geen informatie beschikbaar is over momenten in het rijdek envloerplaat. Dit elementenprogramma houdt geen rekening met de primaire momenten. Dedwarsdoorsnede van de brug isderhalveals raamwerk berekend met ter plaatse van de liggersstarre steunpunten, terwijl de invloed van het ongelijk doorbuigen van de liggers, dussteunpuntszakking van het raamwerk, uit het elementenprogramma kan worden gehaald.Van het aldus bepaalde rekenmodel is figuur 10 een 'computer impression'.CementXXXIII(1981)nr.8 532De hoeveelheid voorspanning is zo bepaald dat de opwaartse belasting ten gevolge van devoorspanning gelijk is aan de belasting van heteigen gewicht + asfalt en wegmeubilair +10%van de mobiele belasting.De voorspankracht wordt bepaald uit de betrekking Fp = q.R waarin q de opwaartse belastingis en fl de kromtestraal van de voorspankabel. R is af hankel i jk van het kabeltrac? en door dezete vari?ren kan Fp worden be?nvloed. Dit is van belang voor veld 1 en 2.Deze velden, met overspanningen van respectievelijk 27,5 en 45,0 m, zijn veel kleiner dan hetmaatgevende veld 3. Zou men R constant houden, dan komt het kabeltrac? veel te hoog in veld1 en 2 te liggen; de kabel heeft dan geen'peil'. Voor het gebruiksstadium is dit geen probleem,maar in het bezwijkstadium wordt de breukveiligheid niet gehaald door gebrek aan nuttigehoogte. Zodoende is de hoeveelheid voorspanning in veld 1 en 2 verminderd tot 40% van devoorspanning in de rest van de brug en daarmee kwam R op een redelijke waarde. Nadeelhiervan is echter dat de 60% voorspanning die in de rest van de brug wel nodig is, voorsteunpunt 3 blind ingevoerd moet worden.11Uitlegschema van de langsvoorspanning12Spanningstoestand ter plaatse vansteunpunt 3Gegevens en hoeveelhedenaannemer: VBK te Hoornaanneemsom: 15 200 000,- excl. BTWrijksmaterialen: 3 760 000- excl. BTWaanvang werk: december 1978oplevering: 1 mei 1981opening: 7 juli 1981beton voor boven- en onderbouw: 9500 m3voorspanstaal FeP 1670: 245 tonwapeningsstaal FeB 400: 845 tonverankeringen diverse typen: 522 stuksbetonpalen 0 0,45: 6990 mstalen damwand diverse typen: 785 tontropisch hardhout voorremminggeleidewerk: 287 m3voorbereidingstijd: circa 6 jaaromvang berekeningboven- en onderbouw: 575 bladzijdencomputerkosten: ? 220 000-De verdeling van de voorspanning over de liggers is bepaald aan de hand van deopleg reactiesuit de raamwerkberekening inde dwarsrichting. Zoals reeds besproken varieert de overspan-ning van de liggers nasteunpunt 3. Door nude voorspankabels in het maatgevende veld zo vermogelijk onderin de liggers te leggen en bij de steunpunten bovenin, wordt R steeds kleinernaarmate de overspanning afneemt. Zodoende is de hoeveelheid voorspanning per liggerverschillend en zal de ligger met de grootste overspanningen de meeste voorspanningkrijgen. De ligger, waaraan het voetpad vastzit, is hierdoor de ongunstigste ligger, ook omdathet voetpad direct door de ligger wordt gedragen. De kabelverdeling is weergegeven in hetuitlegschema (fig. 11).Bij controle van de buigtrekspanningen in de voorgedrukte trekzone bleken deze bij steun-punt 3 het grootst te zijn, terwijl inde veldmiddensnergenstrekspanningenoptraden (fig. 12).Door het in rekening brengen van de aanwezige langswapening (FeB 400) heeft de breukvei-ligheid een overdreven hoge waarde bereikt van = 2,85, zou de langswapening niet inrekening zijn gebracht, dan bedraagt nog 2,25, ook royaal.Door toekomstige bruggen te berekenen als gedeeltel ijk voorgespan nen beton kan de bij terplaatse gestorte bruggen toch altijd aanwezige langswapening effectief worden gebruikt.Zodoende kan men de materialen economischer gebruiken. Overmatig hoge veilighedenkunnen dan wellicht worden voorkomen.CementXXXlll(1981)nr.8 533