ir.J.J.Eberwijn, ir.J. van den Hoonaarden ing.R.H.de MeijerRijkswaterstaat Directie Bruggen, Voorburg1Situatie2Dwarsdoorsnede uitbouwgedeelteBrug over de Maas bij HeumenInleidingDe thans in uitvoering zijnde brug bij Heumen is gelegen in de nieuwe rijksweg 73, tussenNijmegen en Ven lo. In de toekomst zal deze weg via de naar het oosten afbuigende rijksweg 77aansluiten op de zogenaamde'Linksrheinische Autobahn' in Duitsland. In het noorden zal derijksweg 73 via het knooppunt Neerbosch een verbinding krijgen met de A 50 (fig. 1j.Nadat doormiddel van een aantal voorstudies voor deze kruising met de Maas de keuze wasbepaald op een brugverbinding, is bij verdere uitwerking besloten om gelijktijdig tweebrugvarianten aan te besteden: een complete betonbrug en een stalen brug met betonnenonderbouw. Op 4 december 1979 vonden de aanbestedingen plaats. Hierbij bleek eenbetonnen brug, zoals dat in het verleden al eerder was aangetoond, de meest aantrekkelijkeoplossing te zijn. De totale kosten voor de betonbrug bedroegen namelijk 29 667 400 envoor de variant met stalen bovenbouw 37 246 860.Laagste inschrijver was firma Dubbers BV uit Malden, die na het werk gegund gekregen tehebben, op 21 januari 1980 met de bouw is begonnen.OntwerpBovenbouwDe totale lengte van de brug wordt bepaald door de situering van de bandijken aan weerszij-den van de Maas en het gegeven, dat het stroomvoerende deel van de rivier bij hogewaterstanden niet mocht worden gehinderd, zodat compenserende werken inde uiterwaar-den niet nodig zouden zijn. Hieruit volgde een bruglengte van 686 m.De grootte van de hoofdoverspanning wordt enerzijds bepaald door de eisen ten behoeve vande scheepvaart en anderzijds uit de voorwaarde, dat de beide rivierpijlers buiten de insteekvan de oevertaluds moesten worden gesitueerd. Dit eisenpakket heeft geresulteerd in eenhoofdoverspanning van 157,50 m. Deze hoofdoverspanning met de beide naastgelegenoverspanningen van 90,50 resp. 87,50 m zullen worden uitgevoerd volgens de steigerlozeuitbouwmethode, met mootlengtes van 3,50 m.De aanzetstukken zijn ontworpen in grindbeton, terwijl voor de moten gebruik zal wordengemaakt van constructief lichtbeton, met als toeslagmateriaal Liapor-6. Voor de langsvoor-spanning worden Freyssinet-kabels 12013 toegepast, die aan beide zijden worden gespan-nen. De dwarsvoorspanning in de bovenvloer bestaat uit ??nzijdig te spannen Freyssinet-kabels 1207,5.Het dwarsprofiel van de brug bestaat uit twee gescheiden brughelften meteen totale breedtevan 36,82 m ; ter plaatse van het riviergedeelte isdit dwarsprofiel opgedeeld in twee??ncell igekokers meteen constructiehoogte die verloopt van 2,75 m in het midden tot 7,00 m ter plaatsevan de steunpunten. In f ?guur 2 is deze dwarsdoorsnede nader aangegeven.Cement XXXIII (1981) nr.3 1473Langsdoorsnede van de brug4Dwarsdoorsnede aanbruggenVoor de aanbruggen, die uitsluitend aan de (Gelderse) noordzijde moeten worden gebouwd,lag de bouwmethode wat minder voor de hand. De enige beperkende randvoorwaarde washier dat de overspanningen minimaal 40?45 m moesten zijn, omdat bij geringere afstandende pijlers stroombelemmerend zouden gaan werken.Een bouwwijze, die bij vergelijkbare werken als de brug over de IJssel te Zutphen en de brugover de Maas bij Well met succes is toegepast, namelijk de schuifmethode, kwam hier niet inaanmerking, omdat deze manier van bouwen eist dat zowel het horizontale als het verticaleal ignement in een cirkelboog of een rechtstand zijn gelegen. Aan deze randvoorwaarde wordtbij de aanbruggen van Heumen niet voldaan. Halverwege dit brugdeel gaat de rechtstandnamelijk over in een horizontale cirkelboog met een straal van 6000 m.Na het vergelijken van een aantal alternatieven is u iteindelijk gekozen vooreen ter plaatse testorten TT-ligger.Alsoverspanningsgrootte ?seen veld lengtegekozen van45,15 m ; de hierbijbehorende constructiehoogte van 2,75 m is gelijk aan de hoogte van de laatste moot van hetvrije-uitbouwgedeelte, zodat de brug in zij-aanzicht continu \s(fig. 3). Het dwarsprofiel van deTT-Mgger is zodanig gekozen, dat het overstek dezelfde maat van 4,70 m heeft als hetvrije-uitbouwgedeelte, hetgeen betekent dat de verticale wanden in eikaars verlengde liggen(fig- 4).De aanbruggen worden in secties van 45,15 m gestort, waarbij de stortvoeg steeds 10 mvoorbij het laatste steunpunt is gesitueerd. Bij de TT-liggers wordt gebruik gemaakt vangrindbeton, dat in langsrichting wordt voorgespannen met behulp van BBRV-kabels 40?7die ter plaatse van de stortvoegen worden doorgekoppeld. De dwarsvoorspanning in het dekbestaat uit BBRV-kabels 1607.Om de cyclustijd voor het maken van de 45 m-velden zo kort mogelijk te kunnen houden, is bijde detaillering van dezachtstaalwapening in dit brugdeel uitgegaan van gepuntlaste wape-ningsnetten FeB500.OnderbouwHet ontwerp van de funderingsconstructie werd vereenvoudigd door het feit, dat de draag-krachtige grondslag betrekkelijk hoog ligt. Hierdoor kan bij sommige steunpunten volstaanworden met een fundering op staal, terwijl bij sommige pijlers een grondverbetering nodig is,omdat de vaste zandlaag iets dieper is gelegen. De steunpunten 6-oost, 7, 8, 9 en 10 zijn opdeze wijze uitgevoerd. De overige steunpunten van de aanbruggen, te weten 4,5,6-west en 11zijn gefundeerd op korte betonpalen 450 450 mm2.Omdat het funderingsniveau van de aanbrugpijlers betrekkelijk dicht onder het maaiveld isgelegen en gevaar voor uitspoeling bij hoge rivierstanden niet uitgesloten is, worden terplaatse van deze pijlers geprofileerde betonstraatstenen aangebracht in een rechthoek van15 55 m2, aan de zijkanten opgesloten door rijen perkoenpalen met kunststof doek.Cement XXXIII (1981) nr.3 1485Aanzichten aanbrugpijlerDe vormgeving van de aanbrugpijlers is vooreen belangrijk gedeelte gedicteerd door idee?nover de te gebruiken bekisting voor het maken van de bovenbouw. Er is rekening meegehouden dat de aannemer gebruik zou gaan maken van een rolbekisting, waarbij dedragende elementen langs de wanden c.q. opleggingen moesten kunnen worden geschoven.Op deze wijze is de H-vorm van deze pijlersontstaan met een terugspringend gedeelte tussende verticale poten van de H (fig. 5). Het doorde aannemer ontworpen bekistingssysteem wordtverderop in dit artikel beschrevenen blijkt voor een groot deel met de h ?erboven beschrevengedachte overeen te stemmen.De zuidelijke rivierpijler (steunpunt 2) staat op 176 palen 450 450 mm2tot een niveau van0,5 m - NAP. Op dit niveau is een toelaatbare belasting mogelijk van 1000 kN per paal. Denoordelijke rivierpijler (steunpunt 3) is eveneens gefundeerd op palen 450x450 mm2, totaal192 stuks tot een niveau van 0,60 m + NAP. Ook hier bedraagt de toelaatbare paalbelasting1000 kN. Het grotere aantal palen ten opzichte van steunpunt 2 vindt z'n oorzaak in het feit, datop deze pijler de vaste opleggingen zijn gesitueerd, zodat de totale som van de horizontalekrachten via deze pijler moet worden afgevoerd.Figuur 6 toont een overzicht van de opbouw van de rivierpijlers. Omdat depijlerhoogte relatiefgering is, zijn aan de zijkanten schorten ontworpen om ze visueel hoger te laten lijken.De beide landhoofden tenslotte zijn gefundeerd op betonpalen van 380 380 mm2.Kasteel HeumenTijdens de voorbereiding van de brug bleek, dat het trac? van rijksweg 73 ontworpen waslangs het voormalige kasteel te Heumen. In overleg met de Rijksdienst voorOudheidkundigBodemonderzoek (ROB) te Amersfoort is besloten tijdens de bouwactiviteiten aan de brugopgravingswerkzaamheden te verrichten. Deze onderzoekingen, die in het bestek tevorenwaren aangekondigd, hebben de bouw niet vertraagd, mede omdat het eigenlijke kasteel netnaast de bouwplaats was gesitueerd (foto 7).Bij de opgravingen van dit uit 1348 daterende kasteel zijn door de ROB enkele interessantevondsten gedaan. Inmiddels zijn de restanten, na zorgvuldig in kaart te zijn gebracht, weeronder de grond verdwenen. Het ligt in de bedoeling dat Staatsbosbeheer een landschapsplanzal ontwerpen waarin de plaats en de vorm van het kasteel Heumen zijn terug te vinden.Cement XXXIII (1981) nr.3 1496Aanzichten rivierpijler7Opgravingen kasteel Heumenfoto: Aerophoto TeugeUitvoeringsaspectenBekistingssysteemVoor de ondersteuningsconstructie is gekozen voor een systeem, waarbij de belastingensterk geconcentreerd worden afgedragen naar de ondergrond. Hiertoe is gebruik gemaaktvan stalen portalen op een fundering van voorgespannen betonpalen (fig. 8).Gebruik is gemaakt van palen 320 320,380 380en400 400 mm2, belast met respectie-velijk 400, 550 en 650 kN. Over deze palen is een stalen I-balk gelegd. Op deze balk is eenondersteuningsjuk geplaatst, waarop de langsliggers rusten. Deze langsliggers hebben tweefuncties:a. draagvlak voor de rolbekisting;b. rolbaan voor de rolbekisting.De stalen portalen kunnen zonder wijzigingen worden toegepast voor de gehele aanbrug. Detoename van de hoogteligging van de brug ten opzichte van het maaiveld wordt gecompen-seerd door het niveau van de paalkoppen. Bij het landhoofd ligt het paalkopniveau opmaaiveldhoogte, terwijl naarde riviertoe dit niveau oploopt tot ongeveer 2 meter boven hetmaaiveld.De portalen worden gesteld op zandpotten, zodat zowel vlot stellen als lossen van de portalenis gewaarborgd (foto 9).Cement XXXIII (1981) nr.3 1508Bouwwijze en ondersteuningen westelijkeaanbruggen9Pijlers van de aanbruggen met stalenportalen t.b.v. de bekistingfoto's: Rijkswaterstaat, Bureau Reprografie10aOndersteunings- en bekistingssysteem voorde aanbruggen (dwarsdoorsnede)In figuur 10 is de bovenbouwbekisting aangegeven. In het voorgaande is reeds gesteld, dat erbij het pijlerontwerp rekening mee is gehouden dat een rolbekisting zou kunnen wordengebruikt. Bij de uitwerking van het bekistingssysteem heeft de aannemer inderdaad gekozenvooreen bekisting, die na het vervaardigen van een brugmoot wordt doorgerold in langsrich-ting van de brug over de pijiers heen. De bekisting bestaat uit twee zijbekistingen en ??nbinnenbekisting, die onafhankelijk van elkaar kunnen worden verrold. De bekisting wordtdoor middel van vijzels op hoogte gesteld en ondersteund tijdens de verdere werkzaamhe-den. Alleen de ondervloer van de hoofdliggerbekisting is niet in het rollende gedeelteopgenomen.Cement XXXIII (1981) nr.3 15110bDoorsnede A-A uit figuur 10a;ondersteuningsconstructie aanbruggen11Westelijkezijde van deaanbrug in uitvoeringNa het vervaardigen van een brugdeel wordt de binnenbekisting verrold en gesteld voor hetvolgende gedeelte. Ten behoeve van dit verrollen zijn aan de bekisting loopwielen bevestigd,zoals te zien isop f ?guur 10 en foto 11. Deze wielen lopen over de bovenf lenzen vandel-balken.De bekisting wordt voortbewogen met behulp vaneentrekdraadconstructie, diez'n reactie-kracht ontleend aan het volgende steunpunt.Na het afstellen kunnen wapening, langsvoorspanning en koeivoorzieningen van de hoofd-liggers worden aangebracht (foto 12). Nadat deze werkzaamheden gereed zijn worden dezijbekistingen verrold en gesteld, waarna de dekwapening en dwarsvoorspanning wordenaangebracht. Door deze werkwijze wordt iedere 4 weken een brugdeel van 45 meter lengtevervaardigd (foto 13).Problemen bij moot 01Bij het ontkisten van moot 01 van de westelijke aanbrug bleken er twee scheuren in het lijf vande TT-ligger te zijn opgetreden met een maximale scheurwijdte van 1,7 mm. De scheurenliepen vrijwel verticaal tot circa 2 m vanaf de onderzijde door. In het ene lijf zat de scheur op3 m uit steunpunt 11 en in het andere lijf vrijwel ter plaatse van dit steunpunt (fig. 14).Cement XXXIII (1981) nr.3 15212Aanbrengen van de langsvoorspanning13Aanzicht moot 01 met steunpunt 1114Plaatsing van de ondersteuningen voormoot 01 ; ook de opgetreden scheurvormingbij steunpunt 11 is aangegeven15Overzicht van de gemeten vervormingen vanmoot 01Volgens de berekening zou er in deze doorsnede slechts een trekspanning van circa0,5 N/mm2optreden aan de onderzijde, wat onmogelijk tot deze scheurvorming aanleidingkon geven. Ook de gemeten vervormingen bleken sterk af te wijken van de berekendewaarden (fig. 15).Bij een nadere analyse blijkt, dat er drie mogelijke oorzaken zijn aan te wijzen voor dezescheurvorming.1. Ten gevolge van een groot verschil in dikte tussen het lijf (gem. 1,25 m) en de flenzen (gem.0,33 m) van de TT-ligger loopt de temperatuur in het lijf door de hydratatiewarmte veel hogerop dan in de flens. Tevens is er een tijdsverschil van 4 uur tussen het storten van het lijf endeflenzen. Het gevolg hiervan is dat de temperatuur van het lijf al hoog is opgelopen als deverharding van de flenzen intreedt. Tot dit ogenblik levert de temperatuurstijging geenspanningen op omdat het jonge beton nog voldoende vervormbaar is. Bij de afkoeling moethet lijf veel verder in temperatuur dalen dan de flenzen met het gevolg dat er trek in het lijf endruk in de flenzen gaat optreden. Indien de constructie op een onvervormbare bekisting rustzal er een constante trek in het lijf en een constante druk in de flenzen optreden. Zodra debekisting wordt verwijderd zal het inwendig moment nul worden en blijven ereigen spannin-gen in de constructie werkzaam, zoals in figuur 16 is aangegeven.2. Het stempel onder het overstek van de moot is blijven staan tijdens het voorspannen tot 100%.De berekende vervorming van het overstek ten gevolge van eigen gewicht en 100% voorspan-ning gaf een theoretische verplaatsing van 0 mm. Het gevolg hiervan is, dat het stempel nogeen groot deel van het oorspronkelijke stortgewicht draagt (ca. 800 kNj.Hierdoorontstaat eenextra trekspanning ter plaatse van steunpunt 11, aan de onderzijde van de ligger3. Uit metingen bleek dat de oplegging op steunpunt 11 ca. 3 mm is gezet. Ook dit veroorzaakteen extra trekspanning aan de onderzijde van de ligger bij steunpunt 11.Ter controle zijn de spanningen en vervormingen in het beton en de stempelkrachtenberekend met een aangenomen temperatuurverschil. Hierbij bleek dat dit verschil ca. 16 ?Cmoest bedragen om overeenstemming te krijgen tussen de gemeten en de berekendewaarden. De trekspanningen op circa 2 m vanaf steunpunt 11 liep in dit rekenmodel op totmeer dan 4 N/mm2waardoor de scheurvorming wordt verklaard.Cement XXXIII (1981) nr.3 15316Overzicht van de berekende eigenspanningen17aLigging meetpunten en gemetentemperatuurverloop moot 02Maatregelen bij moot 02Vanwege de problemen die optraden bij moot 01 zijn bij moot 02 de volgende maatregelengenomen:1. verwijderen van het stempel onder het overstek bij 30% voorspanning;2. het aanbrengen van extra wapening aan de onderzijde van de balken ter plaatse van hetsteunpunt en het vergroten van de hoeveelheid beugelwapening;3. het afdekken van de bovenzijde van het dek tijdens de verhardingsfase om afkoeling van deflenzen zoveel mogelijk tegen te gaan.Tevens is besloten om op diverse punten in de constructie de temperatuur te meten doormiddel van in te storten thermokoppels.Resultaten temperatuurmetingHet bleek dat er inderdaad grote temperatuurverschillen binnen de doorsnede optreden. Infiguur 17a zijn de gemeten waarden uitgezet. Het temperatuurverschil tussen het hart van hetlijf en de flenzen blijkt 12 uur na het storten van de flenzen circa 12 ?C te bedragen. Dezewaarde blijft toenemen tot ongeveer 30 ?C na 75 uur, waarna het verschil weer geleidelijk tot ui afneemt na 14 dagen. De flenzen nemen na circa 90 uur de omgevingstemperatuur aan.Uitgaande van het verband tussen de kubusdruksterkte en de elasticiteitsmodulus van hetbeton als functie van de tijd, is het spann ?ngsversch il tussen het lijf en de flenzen bepaald. Despanning blijkt na 14 dagen + 3,4 N/mm2in de flens en -2,5 N/mm2in het lijf te bedragen (bijeen onvervormbare bekisting). Deze spanningsopbouw komt overeen met een opgelegdtemperatuurverschil van ca. 14?C bij betonkwaliteit 37,5.Dit resultaat kwam vrij goed overeen met de conclusies van moot 01 (temperatuurverschil16 ?C), omdat bij moot 02 de bovenzijdedoor een isolatiedeken is afgedekt. Opvallend isdat erin de flens na 3 dagen een hoge trekspanning optreedt omdat het lijf veel minder snel afkoeltdan de flenzen. Het wapeningspercentage van de flenzen is aanzienlijk groter dan van het lijf,zodat er slechts geringe scheurvorming op zal treden terwijl de scheuren later ook weerdichtgedrukt worden.Cement XXXIII (1981 )nr.3 15417bLigging meetpunten en koelhuizen, alsmedegemeten temperatuurverloop van moot 04,waarin koeling is toegepastKoeling van het betonNa het afwegen van de voor- en nadelen is uiteindelijk besloten om tot koelen over te gaan,omdat de hoge eigen spanningen te zamen met de gebruiksbelasting een grote overschrij-ding van de toelaatbare spanningen zouden veroorzaken. Daar de trekspanning in het gehelelijf optrad leverde dit het gevaar op, dat een bij een bepaald belastingsgeval veroorzaaktescheur ver door zou lopen in het lijf (zoals ook bij de opgetreden schade is gebleken). Dehoeveelheid wapening FeB 500 in het lijf is te gering om remmend te werken.Het koelsysteem bestaat uit een drietal in te storten dunwandige stalen buizen 0 28 mm perbalk. De buizen worden over de gehele lengte van het te storten brugvak doorgevoerd.Als koelwater wordt gebruik gemaakt van het door middel van een diepwelinstallatie opge-pompte grondwater. Dit water heeft een temperatuur van 10 ? 12 ?C. Het water wordt met eensnelheid van ca. 1 m/sec door de buizen gevoerd, hetgeen een debiet betekent van 10,3 m3/uur over de zes buizen.De bovenzijde van het brugdek wordt direct na het storten afgedekt met een isolatiedeken,bestaande uit een dubbele laag plasticfolie met daartussen een statische luchtlaag van 5 mm.De onderzijde van de dekbekisting wordt ge?soleerd met 50 mm tempex.Voor de warmteproductie is het verder van belang te weten, dat beton wordt verwerkt met360 kg portlandcement klasse A per m3.Bij de theoretische beschouwingen over het koelproces is dankbaar gebruik gemaakt van deervaringen van de Nederlandse Spoorwegen bij het trogliggerviaduct Leersum. Meteen doorhun ontwikkeld eenvoudig rekenprogramma kan op snelle wijze een inzicht worden verkre-gen over het koeleffect bij gegeven randvoorwaarden. Deze theoretische benaderingenbleken vrij nauwkeurig met de praktijk overeen te stemmen.In figuur 17b zijn de resultaten van de temperatuurmetingen weergegeven in de doorsnedevan de brug waar het koelwater wordt ingevoerd. Het blijkt nu dat het temperatuurverschiltussen het betondek en de hoofdliggers gereduceerd is tot bijna 0 ?C.Aan de uitstroomzijde van het koelwater bedroeg dit verschil circa 9 ?C. Dit verschil kanverklaard worden door:a. de hogere temperatuur van de lijven, veroorzaakt door het opgewarmde koelwater (effect 5 ?6?C);b. de lagere temperatuur van de f lenzen, veroorzaakt dooreen lagere omgevingstemperatuur indezelfde periode (effect 3 ? 4?C). Er is namelijk sprake van een tijdverschil van ongeveer 7 uurtussen het begin en het einde van het storten van het beton.De koeling wordt aangevangen, zodra het storten van de betonspecie begint en wordt gestoptwanneer het temperatuurverschil tussen het dek en de wanden niet meer verandert; ditbetekent een koeltijd van circa 60 uur.Het resultaat van deze koelmaatregelen is, dat de eigen spanningen in de constructie sterkworden gereduceerd, waarbij tevens de vervormingen van de ligger door voorspanning eneigen gewicht overeenstemmen met de berekende waarden.De kosten van het koelen bedragen ongeveer 15,- per m3beton. Hier staat tegenover datindien geen koeling zou worden toegepast met extra wapening zou moeten worden gere-kend.BesluitZowel bij het ontwerp als bij de uitvoering is getracht om tot een optimaal resultaat te komen.De mogelijkheden, die de huidige bouwvoorschriften bieden worden zoveel mogelijk benut.In dat geval is het van het grootste belang dat ontwerpers en uitvoerders goed van elkaarweten wat men doet. Dit houdt in het algemeen gesproken in, dat er, sterker nog dan in hetverleden het geval is geweest, een goede communicatie aanwezig moet zijn tussen beidepartijen.Cement XXXIII (1981) nr.3 155
Reacties