C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 862De totale lengte van de op hetvliegveld gerealiseerde bruggenbedraagt circa 2 km. Daarin is75 000 m3beton verwerkt, waar-van 45 000 m3in de voorgespan-nen brugdekken.Debruggenzijngebouwdvolgensin-situ methoden. Deze keuze isgebaseerd op de vrije beschik-baarheid van bouwterreinen ende capaciteit van de op het projectaanwezige betoncentrale. Overi-gens is de toepassing van gepre-fabriceerde brugliggers in delokale bouwindustrie gering.A l g e m e n e o m s c h r i j v i n gDe vormgeving van de meervou-dig ondersteunde brugdekkenwordt bepaald door de constanteconstructiehoogte. In de ver-keersviaducten wordt de 11,5 mbrede dwarsdoorsnede gevormddoor massieve, 1,50 m hogeliggers, voorzien van twee uitkra-gingen. In de rolbaanviaductenen de voorrijdbruggen zijn holle,plaatvormige dekken toegepast.Alle brugdekken (B 45) zijn in hetwerk voorgespannen met nage-rekte kabels. De 65 m brede rol-baanviaducten en de 32 m brede`MainTerminal'brug(foto1),eenonderdeel van de voorrijdbrug-gen, zijn ook in dwarsrichtingvoorgespannen. Het merendeelvan de circa 100 m lange brug-dekken is in enkelvoudige beton-storten gerealiseerd. Voor de tweeidentieke dekken van de rolbaan-viaducten betekende dit een stort-volume van bijna 6000 m3. Elkstort werd gerealiseerd in circa 30uur.Voor de verkeersviaducten is ver-keersklasse 60 in rekening ge-bracht. De rolbaanviaducten zijngedimensioneerd op de toekomsti-gegeneratie`widebody'vliegtuigenmeteenverwacht`startgewicht'van570 ton. De wielconfiguratie is ge-lijk verondersteld aan de huidigeB747. Deze bestaat uit vier hoofd-wielstellen (vier wielen) en hetneuswielstel (twee wielen.) Demaximale wielbelasting is be-paald op 380 kN, inclusief stoot-factor. Voor ieder hoofdwielstelwordt dus gerekend op 4 x 380 kNbelasting op 1,4 m x 1,1 m onder-linge afstanden. De verwachtingis dat de wielconfiguratie van devolgende generatie `wide bodies'zal worden aangepast, zodat debelasting conservatief is gere-kend.HethuidigetypeB747heefteen grootste massa van 398 ton.VolumereductieDe plaatvormige brugdekken vande twee identieke rolbaanviaduc-ten (foto 2) zijn maximaal 1,80 mdik,maarnietmassief.Indedoor-snede zijn 28 sparingbuizen van1,0 m diameter ingestort, waar-mee een volumereductie is ver-wezenlijkt die nauwelijks tenkoste gaat van de buigstijfheid(fig. 3). De sparingbuizen dienentegen opdrijven te worden veran-kerd aan de bodembekisting.Het afzetten van de besparingenop het betonvolume tegen demeerkosten van het aanbrengenvan de sparingbuizen, zou inNederland waarschijnlijk tennadele van de sparingbuizen uit-Griekse viaductenaardbevingsbestendigir. Chris Slagter, Ballast Nedam EngineeringIn maart 2001 wordt de nieuwe internationale luchthaven van Athene,Athens International Airport (AIA) in gebruik genomen. Ballast Nedam isbetrokken geweest bij het ontwerp en de bouw van de grote civiele kunstwer-ken voor dit megaproject (totale investeringskosten: ca. 4,5 miljard gulden).In dit artikel worden het ontwerp en de uitvoering van de verkeersviaducten,de 1400 m lange voorrijdbruggen en de rolbaanviaducten besproken.Bijzonder bij het ontwerp was de vereiste aardbevingsbestendigheid. Het con-structieve betonontwerp is, in navolging van de projectspecificaties, uitge-voerd conform de Duitse DIN-voorschriften. Deze bleken op onderdelen sterkaf te wijken van modernere ontwerpeisen zoals zijn vastgelegd in deEurocodes of de Nederlandse betonvoorschriften.1 |Main Terminal Bridgevan het nieuwe vliegveldvan AtheneC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 8 63vallen. In de lokale omstandig-heden bleken de sparingen eco-nomisch. Hierbij moet wordenopgemerkt dat de gewichtsbespa-ring die op deze manier is gere-aliseerd een gunstig effect heeftop de horizontale belastingenresulterend uit aardbevingen, dieuiteraard afnemen bij vermin-derd eigen gewicht van een con-structiedeel. Zodoende kon doorde gewichtsreductie in het dekop pijlers en fundering wordenbespaard.De aanvangsvoorspanning in deeindveldenbedraagt180MN.Hier-toezijn70kabelsvan19x15,2 mmtoegepast (FeP 1570/1770).DwarsvoorspanningDe Main Terminal brug ligt paral-lel langs het Terminal-gebouw enis meer dan 500 m lang. Hetviaduct bestaat uit drie secties vanzeven of acht overspanningen,van elkaar gescheiden door over-gangsvoegen. Het langste deelmeet 186 m (7 x 24 m en 1 x 18m).De dwarsvoorspanning is gecon-centreerd in 1,25 m hoge dwars-stroken, die op de drie kolompij-lers zijn opgelegd. De brugsectieszijn, vanwege hun lengte, in driestorten gerealiseerd. De langska-bels zijn door koppelankers in detwee stortvoegen doorverbonden(fig. 4). De maximale aanvangs-voorspanning bedraagt 105 MN.In de dwarsstroken, boven deopleggingen, zijn veertien kabels19 x 15,2 mm gespannen. Ook indeze brug zijn sparingbuizen toe-gepast (? 500 mm).O n t w e r p v o o r s c h r i f t e nNormenDe bruggen zijn ontworpenvolgens de voor (beton)bruggen-bouwgeldendeDuitsenormenenrichtlijnen, zoals van kracht tentijde van de opdrachtverlening in1996. In Duitsland gelden voortsaanvullende contractbepalingenvoor ontwerp en uitvoering vankunstwerken als tunnels enbruggen.Dezebepalingen(ZTVK)stammen uit de tijd waarin veelschade aan betonnen kunstwer-ken optrad, een gevolg van dehaastige naoorlogse wederop-bouw.IndeZTVKzijnbepalingente vinden die de duurzaamheidvandekunstwerkenbeogentever-beteren, zoals een verhoogdewapeningsdekking (minimaal 40mm, op funderingen 50 mm).DeDuitsevoorschriftenzijngeba-seerd op een totaalveiligheids-filosofie, zoals in Nederland vast-gelegd in de VB 74/84. De Duitsebetonnorm kent een totaal-veiligheid van 1,75 op het draag-vermogen in bezwijktoestand.Griekenland is gelegen in eenseismisch gebied, en op hetontwerp van het vliegveld zijn deGriekseaardbevingsvoorschriften(NEAK) van 1995 van kracht.Hierin zijn de locatiegebondenaardbevingsparameters vastge-legd,alsmededecriteriavooraard-bevingsbestendig ontwerpen. Hetvliegveld is gelegen binnen zoneII, waarin rekening gehoudenmoet worden met grondversnel-lingentot0,16g.Dezwaarstezone(IV) kent (ontwerp)grondversnel-lingen van 0,36 g. De gegevenontwerpversnellingenbehorenbijaardbevingenmeteenherhalings-tijd van 475 jaar.De Griekse aardbevingscode isanaloog aan het Europese voor-schrift voor seismisch ontwerpen(Eurocode 8) en moet wordengecombineerd met materiaalge-bonden ontwerpcodes die zijngebaseerdopdetoepassingvandeparti?le veiligheidsfilosofie. Hetwas dus niet zinvol de aardbe-vingsbelastingen met de Duitsebetonvoorschriften te combine-2 | Een van de twee TaxiwayBridges3 | In de doorsnede van deTaxiway Bridges zijnsparingbuizen aan-gebracht4 |Koppelverbinding van delangswapening van deMain Terminal BridgeC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 864ren. Het aardbevingsontwerp isdaarom uitgevoerd in combinatiemet Eurocode 2 (1992, beton).VoorspanningDe brugdekkenzijnontworpeninbeperkt voorgespannen beton,dat wil zeggen dat gelimiteerdebuigtrekspanningen in degebruikstoestand zijn toegelatenonder de volledige combinatievan optredende belastingen. Hetvoor de dimensionering veelalmaatgevende criterium is datgeen trek mag optreden in decombinatie permanente belas-ting met dat deel van de mobielebelasting welke geacht wordtgedurende langere tijd onveran-derlijk aanwezig te zijn. Voorbruggen dient dan de helft van deverkeersbelasting in rekening teworden gebracht. Uiteraard dientde minimaal vereiste veiligheidop het bezwijkdraagvermogengewaarborgd te zijn. De Duitsevoorschriften kennen (nog) geengedeeltelijk voorgespannen beton.De voorgeschreven Duitse ont-werpnorm (DIN 4227) wijkt opeen enkel aspect in belangrijkemate af van veel andere voor-schriften voor voorgespannenbeton, inclusief de Nederlandseen de Europese. De toelaatbarespanning is begrensd op 55% vande breukspanning. Tijdens hetspannen,voorafgaandaandewig-intrekking, is een verhoging tot65% van de breukgrens toelaat-baar. Dit leidt tot oneconomischgebruik van de hoogwaardigevoorspanstaalsoorten, die veelalzijn gecertificeerd voor gebruiktot 80% van de breukgrens. Ookde Nederlandse normen geven aljaren een dergelijke hoge toelaat-bare spanning.Om scheurvorming door krimpen temperatuureffecten te ver-mijden, is 30% van de totale voor-spanning zo snel mogelijk aange-bracht, bij een kubusdruksterktevan 20 N/mm2.De volledige voorspanning is aan-gebracht bij een kubusdruk-sterkte van 40 N/mm2.S e i s m i s c h o n t w e r pGriekenland is dikwijl door zeerzware aardbevingen getroffen.Sparta werd in 550 voor Christusverwoest en in 1705 werd Athenedoor een zware beving getroffen.De daaropvolgende zware bevingin Athene dateert van 7 septem-ber vorig jaar; hierbij stierven 143mensen.Het eerste Griekse aardbevings-voorschrift stamt uit 1928.Van oudsher is seismisch ont-werpen gericht op het in rekeningbrengen van horizontale belastin-gen, veelal als percentage van heteigen gewicht van constructies ofonderdelen daarvan. Tot 1952werden door de AmerikaanseUBC (Uniform Building Code)deze horizontale lasten (tot 25%vanheteigengewicht)afhankelijkgesteld van de locatie en de grond-slag, maar werd geen rekeninggehouden met de flexibiliteit vanconstructies. In 1959 werden inde Californische voorschriftenhorizontale aardbevingbelastin-gen mede afhankelijk gesteld vande fundamentele eigenfrequentievan de constructie. Deze relatiebleef tot het midden van de jaren`70 van kracht. De zware aardbe-vingen van San Fernando (Cali-fornia; 1971) en Managua (Nica-ragua, 1972) boden veel inzicht inhet gedrag van betonconstructiesontworpen volgens de tot dan gel-dende voorschriften. Waar menzich tot op dat moment voorna-melijk op de bepaling van aard-bevingsbelastingen had gecon-centreerd,blekennuopeensgrotevervormingen aanleiding totbezwijken te zijn geweest. Dezeervaringen noopten tot gedetail-leerde analyse van de dynamischeresponsie van constructies op deopgelegde horizontale en verti-cale grondbewegingen, gekarak-teriseerd door snelheden, ver-snellingen en verplaatsingen.Tegenwoordig maken seismischevoorschriften wereldwijd gebruikvan dynamische responsspectra.Dit zijn relaties die het verbandweergeven tussen de maximalereactie van een constructie ?meestal versnelling ? als functievan de eigenfrequenties. Doorsamenstelling van de maximalerespons in elk van de eigenfre-quenties is de totale dynamischerespons van de constructie teberekenen. Hierbij wordt dewortel uit de kwadratensom-regelgehanteerd, omdat de berekendemaxima niet gelijktijdig zullenoptreden.Ervaringheeftgeleerddatbijaard-bevingen belastingen kunnen op-treden die groter zijn dan door devoorschriften worden gehan-teerd. Hierdoor zullen construc-ties vervormingen ondergaan diegroter zijn dan de berekende elas-tische grenzen, en daarmee detoegevoerde energie dissipi?ren.Inzulkegevallenishetvanbelangvoldoendeductiliteitteverzorgen.Bij bruggen worden de grootsteaardbevingsbelastingen in hetdek opgewekt (vanwege de grotemassa), maar hierin zal weinigenergiedissipatie optreden. Bijvoorkeur moeten de brugpijlersen opleggingen de ductiliteit ver-zorgen, niet de funderingen dieveel lastiger te inspecteren enrepareren zijn.Dynamische analyseOokdeGrieksecodegeeftrespons-spectra voor diverse grondtypes.5 |Op de voorgrond tweevan de drie gekromdeRoadway BridgesC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 2000 8 65De berekende dynamische actiesmoeten worden verhoogd met dezogenoemde `Importance factor',waarmee het bijzondere belangvan de bruggen wordt verdiscon-teerd. Voor alle bruggen zijn met3D-programmatuur spectraal-analyses uitgevoerd, waarmee dedynamische respons door afzon-derlijke eigenfrequenties wordtbepaald, die tot resulterendekrachten en vervormingen leidt.De eerste harmonische eigenfre-quentie van de brugdekken bleekdominant. De opdrachtgeverhechtte bijzondere waarde aandeze analyses, vanwege de asym-metrie van de brugvelden en degekromde vormen, maar bovenalvanwege de gekozen uitvoeringvan de rubberen opleggingen, diezonder verankering, dus uitslui-tenddoorwrijving,dehorizontalebelastingennaardepijlersmoetenoverbrengen.De dynamische respons van debruggen is geminimaliseerd doorde afmetingen van de opleggin-gen te optimaliseren. Zouden derubberdikten alleen zijn bepaalddoor de gebruikelijke vervormin-gen uit kruip, krimp en tempera-tuur, dan had met circa 25%hogere dynamische respons, endus hogere belasting van deonderbouw,moetenwordengere-kend. De maximale dynamischerespons van de bruggen ligt in deorde van grootte van 15% van heteigen gewicht. Horizontale bevin-gen worden geacht gelijktijdig inverschillende richtingen op tetreden, 30% haaks op de hoofd-richting. Verticaal moet 70% vande horizontale grondversnellingworden gerekend, maar alleen incombinatie met 30% in twee hori-zontale richtingen.De berekening van de rubberenopleggingen is uitgevoerd vol-gens Eurocode 1337 (tevens NENnorm). Hierin is een non-slip cri-terium opgenomen, waarin deuiterstopneembarebelastingom-gekeerd evenredig is met de op-tredende drukspanning in deoplegging. Voor rubber opgelegdop beton geldt:H/V < 0,1 +(0,6/s) ensmin> 3 N/mm2Deze verificatie geeft toelaatbarehorizontale belastingen tussen15% en 30% van de oplegreactie.Het is bekend dat slippen vanrubberen oplegblokken in werke-lijkheid optreedt bij twee- totdriemaal hogere horizontale be-lastingen.In de incidentele belastingcombi-natie moet de aardbevingsbelas-ting worden gecombineerd metpermanente lasten en 50% van deveranderlijkebelastingen,allemetbelastingsfactor 1,0.De materiaalfactor op het wape-ningsstaal bedraagt 1,15. De toe-laatbare funderingsdrukken zijnin dit calamiteitsgeval te verho-gen.OvergangsvoegenDe algemene veiligheidsfilosofiebij aardbevingen, zoals ook in deGriekse voorschriften vastgelegd,is dat constructies weliswaar nietmogen bezwijken bij de vastge-steldeontwerpaardbevingen,maardat schade onoverkomelijk is.Zulke schades moeten beperktblijven en zo eenvoudig mogelijkte repareren. Bij de dimensione-ring van de overgangsvoegen ishiertoe een bijzondere oplossinggekozen.Het aardbevingvoorschrift ver-meldt dat overgangsvoegen nietbehoeven te worden gedimensio-neerd op de totale optredenderelatieve verplaatsingen tussenbrugdekken en landhoofden (oftussen brugsecties onderling.)Afhankelijk van een technisch-economische afweging kan eenbeperkt deel van de berekendeverplaatsing door de voeg wordenopgenomen, waarna het dek ophet landhoofd stoot en schadeoptreedt. De norm beveelt aanom 40% van de aardbevingsver-plaatsingenindecapaciteitvandevoegconstructie op te nemen,gecombineerd met 50% van detemperatuurvervormingen.Om de schade te beperken, en dereparatiekosten te minimalise-ren, is een oplossing bedachtwaarbij een breekmechanisme inde landhoofden is ingebouwd, dezogenoemde `knock-off' (fig. 6.)Hiermee wordt voorkomen datschade optreedt in de kerendewand van het landhoofd. Deknock-off is in de stootplateningebouwd en zal zonder veelweerstand meegeven, waardoorde schade beperkt blijft tot deasfaltlagen en de knock-off zelf. sProjectgegevensopdrachtgever:Athens International Airportdirectie:Parsons Corp.hoofdaannemer:Hochtief AGonderaannemer civielekunstwerken:Athena SAconstructief ontwerp civielekunstwerken:Ballast Nedam Engineering6 | Landhoofdconstructie