C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 5 49Het verkeer op en rondom hetGiessenplein (fig. 1) heeft vaak tekampen met filevorming en hetplein vormt ??n van de knelpun-ten in het wegennet om Rotter-dam. Daarom geven het rijk en degemeente Rotterdam hoge priori-teit aan reconstructie die oplos-send zal werken. Dit moet leidentot verbetering van de verbindin-gen van de A13 en de A20 met hethavengebied,debedrijfsterreinenen woonwijken in Rotterdam-West.De rotonde onder rijksweg A20wordt vervangen door een krui-sing met verkeerslichten (foto 2)en rijksweg 20 krijgt verbeterdeen nieuwe op- en afritten. Omdattijdens de werkzaamheden hetverkeer normaal en veilig moetkunnen blijven doorrijden, is dereconstructie van het Giessen-plein uitvoeringstechnisch zeercomplex. In 2001 zal het knelpuntGiessenplein zijn omgevormd toteen kruispunt dat het verkeer vei-liger en vlotter kan verwerken.Na de reconstructie van het Gies-senpleinzullendenoordelijkeop-en afritten van de A20 onder meerbestaan uit gekromde voorge-spannen massieve plaatviaduc-ten. Het eerste viaduct in de vormvan een kwart klaverblad is in-tussen gerealiseerd. Vanaf desnelweg gezien verbreedt hetviaduct zich naar beneden totin een aantal opstelstroken. Devari?rende breedte van het ge-kromde gedeelte van het viaduct(fig. 3) vereist een zo optimaalmogelijke verdeling van de voor-spankabels in breedterichting.Om dit te realiseren is met behulpvan een eindige-elementenmodelde betonconstructie en het effectvan de voorspanning zo re?elmogelijk geschematiseerd. Hier-meeishetookmogelijkgewordenOntwerp en reconstructie GiessenpleinGekromd en verbredendvoorgespannen plaatviaductir.E.Taffijn en ir.R.Rasooli, Ingenieursbureau Gemeentewerken RotterdamAan de noordelijke rondweg om Rotterdam, de A20, ligt het Giessenplein, hetverkeersknooppunt van en naar het havengebied, het industriegebiedSpaanse Polder en de westelijke woonwijken. Als onderdeel van de verbeteringvan de verkeershinder op de rijkswegen 13 en 20 wordt het plein vergroot enopnieuw vormgegeven. De noordelijke afrit is, in de vorm van een kwart kla-verblad, een uitwaaierend en gekromd voorgespannen plaatviaduct rijkergeworden.1 | SituatieschetsC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 5502 | Beeld vanuit de lucht van denieuwe situatiefoto: Aeroview - Dick Sellenraad3 | Overzicht nieuwe viaductenen bestaande rotondeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 5 51een goede inschatting te makenvan de vervormingen van hetviaduct.Dit artikel behandelt het ontwerpvanhetgekromdevoorgespannenplaatviaduct van de noordelijkeafrit vanwege de complexe geo-metrie.O m s c h r i j v i n g v i a d u c t e nDe verlengde zuidelijke oprit ennoordelijke afrit, voor zover even-wijdig en naast het bestaandeviaduct van de A20 gelegen, zijnuitgevoerd als een statisch onbe-paald dek doorgaand over zesvelden, gebouwd met geprefabi-ceerde betonliggers voorzien vaneen druklaag. De overspannin-gen, constructiehoogte en wijzevan opleggen komen overeen methet bestaande dek, een voorge-spannen plaatviaduct met kolom-verzwaringen.Door het toepassen van een dekmet geprefabiceerde betonliggersmet druklaag kon aan een aantalrandvoorwaardenwordenvoldaan;bijvoorbeeld kon het statischonbepaalde systeem van hetbestaande dek worden gevolgd.De mogelijke toleranties in hetkoppelen van de druklaag met hetbestaande viaduct en de korte uit-voeringsduur zijn andere facto-ren die tot deze keuze hebbengeleid.Om de negatieve effecten tengevolge van het krimp- en kruip-proces in het nieuwe dek te beper-ken, kon de koppeling tussenbeide dekken pas na circa zesweken verharding plaatshebben.Gedurende??nweekeinde,detijdwaarin het storten en verhardenvan de koppelstrook plaatshad,was de naastgelegen rijbaan vande A20 geheel gestremd.Voor de fundering van de pijlersis gebruikgemaakt van geprefa-briceerde schakelpalen om tevoldoen aan de volgende eisen:? beperken negatieve be?nvloe-ding bestaande paalfundering;? voorkomen trillingsschadevoor apparatuur in nabijgele-gen fabrieken;? waarborgen veiligheidsaspectenvoor het verkeer op de A20;? verzorgen van een overeen-komstig funderingsgedrag vande gekoppelde bestaande ennieuwe fundering.De viaducten in het laatste deelvan de noordelijke afrit (fig. 4) als-mede die in de noordelijke oprithebben in het horizontale vlakeen gekromde geometrie enoverbruggen het hoogteverschiltussen de A20 en het maaiveld.Deze viaducten zijn uitgevoerdals een ter plaatse gestort, voorge-spannen plaatviaduct doorgaandover zes velden (afrit) respectie-velijk acht velden (oprit).Terplaatsevandemiddenasishetdek monoliet verbonden met deonderbouw en bij de overigepijlers is het dek op gewapenderubber oplegblokken opgelegd.C o n s t r u c t i e f o n t w e r pv i a d u c t n o o r d e l i j k e a f r i tTer plaatse gestort dekDe plattegrond van het viaductlaat een sterk gekromde vormzien, waarbij de breedte varieertvan 14 m uitwaaierend naar20,1 m (fig. 4). In combinatie meteen constructiehoogte en kolom-afstanden overeenkomstig de be-staande pijlers van de A20, resul-teerde dit in de keuze voor een terplaatse gestort voorgespannenplaatviaduct met kolomverzwa-ringen.De plaatdikte varieert van 0,6 m inhet veld tot 1,2 m ter plaatse vande kolommen en landhoofden.Configuratie voorspanningVoor de voorspanning is uitge-gaan van tweezijdig te spannenkabels uit ??n lengte om voor-spanverliezen te beperken. Dehorizontale krommingen van hetonderhavige viaduct veroorzakencirca 10% meer verliezen tenopzichte van een recht viaduct.Gekozen is voor een constantaantal kabels over de breedte meteen van de binnenbocht naarbuitentoeafnemendehartophartafstand. Daarmee wordt het effectvan de voorspanning aangepastaan de invloed van de belasting bijde toenemende overspannings-lengte van de binnen- naar de bui-tenbocht.Een constant aantal kabels bij eenvari?rende breedte betekent dathet smalste veld relatief hetzwaarstisvoorgespannen.Aandevervormingseisen kon toch viaeen aangepast verticaal kabelver-loop worden voldaan.In verband met de uitvoering(vorm en plaats supporten) is inhet ontwerp van het kabelverloophet uitgangspunt gehanteerd vaneen vaste verhouding tussen deplaats van het buigpunt en delengte van de overspanning.4 | Noordelijke afrit:plattegrondC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 552Beschrijving elementenmethodeDe totale constructie van het dekis in een DIANA-model gesche-matiseerd met schaalelementen.De constructie is in langsrichtingongescheurd en in dwarsrichtinggescheurd verondersteld.Opleggingen zijn geschemati-seerd als veerelementen en terplaatse van de monoliete verbin-ding van het dek met de onder-bouw is de veerconstante van defundering ook in het model mee-genomen. Dit is vooral van belangvoor de horizontale vervormin-gen van het dek.De voorspanbelasting is als krom-mingsdruk (op- en neerwaartsebelasting) in het model gesche-matiseerd. Hierbij is de verdelingvan de voorspankabels in debreedterichting van het dek ge-schematiseerd door middel vanhet verdelen van de dekbreedte invier stroken en een bij elke strookbehorende voorspanbelasting.Vervormingen in relatie totoplegsysteemHet oplegsysteem bepaalt medede grootte van de vervormingenten gevolge van temperatuurver-andering en krimp. De groottevan de hoek ( ) in het horizontalevlak tussen de opleggingen heefteen grote invloed op deze vervor-mingen. Uit figuur 5 [1] blijkt datbij een hoek van a > 110? de maxi-male horizontale vervormingenbij een aan beide zijden vasteoplegging kleinerzijntenopzich-te van een conventioneel opleg-systeem (??n vast en overig rolop-leggingen). Dit is gunstig voor dekrachtsverdeling in pijlers diemonolitisch met het dek verbon-den zijn.De hoek van het onderhavigedek bedraagt echter circa 62?, watheeft geresulteerd in een conven-tioneel oplegsysteem, waarbij de6 | (a) Vervormingen door temperatuurverandering en krimp(b) Vervormingen door langsvoorspanning en kruip5 | Maximum horizontalevervormingen doortemperatuur [1]C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 5 53middenpijler (as 44) monolitischverbonden is met het dek en hetdek ter plaatse van de overigepijlers horizontaal verend is opge-legd.In figuur 6a is aangegeven dat devervormingen door temperatuur-verandering en krimp ook eenverandering van de kromtestraal,de booglengte en de breedte totgevolg hebben [2]. Gezien degrootte van de rekken zijn dezeveranderingen echter minimaal.Figuur 6b geeft aan dat de vervor-mingen door langsvoorspanningen kruip zowel voor een recht alsgekromd kunstwerk identiek zijnIndien de werkelijke geometriewordt geschematiseerd tot eengeometrie met constante straal enbreedte van het dek en ??n (vast)oplegpunt,danwordtbijeen tem-peratuur- en krimprek van r, t =0,36 de vervorming van heteindsteunpunt ten opzichte vanhet vaste punt r, t= 20,5 mm.Vanuit het DIANA-model is dit19,6mmvoordeexactegeometrie(fig. 7) en opleggingen. Uit defiguur blijkt dat het vaste (fictieve)punt net buiten de constructieligt. Dit komt door de invloed vande verende opleggingen, zowel derubber oplegblokken als die vande op palen gefundeerde poeron-dersteuning van de middenpijler.V o o r s p a n g r a a dVoordemaatgevendedoorsnedenis de mate van de voorspanning,de zogenoemde voorspangraad(K), bepaald volgens de definitievan Bachmann [3]:K = Mdec/ (Mg,rep+ Mq,rep), waarinMdecis het decompressie- of ont-spanmoment,waarbijdespanningaan de getrokken zijde van dedoorsnede juist gelijk is aan nul.Op basis van de maatgevendeveld- en steunpuntdoorsnedenkan een gemiddelde voorspan-graad van K = 0,81 worden afge-leid, zodat sprake is van gedeelte-lijk voorgespannen beton.De eisen ten aanzien van duur-zaamheid en vermoeiing warendoorslaggevendvoordekeuzevande (orde van) grootte van dezevoorspangraad. sProjectgegevensopdrachtgever:Rijkswaterstaat Directie Zuid-Hollandontwerp en advies:Ingenieursbureau GemeentewerkenRotterdamaannemer:Ph. De Koning Jr.voorspanning:SpanstaalL i t e r a t u u r1. Robust concrete Bridgeswithout bearings and joints -P?tzl, M & Schlaich, J , Struc-tural Engineering Interna-tional, 4/962. Prestressed concrete Bridges- Menn - 19903. Von der vollen zur teilweisenVorspannung, Bachmann,FIP-congres 19827 | Vervormingen doortemperatuurveranderingen krimp uit DIANA-model