Nieuwe pylonen voor Muiderbrug2201062Nieuwe pylonenvoor MuiderbrugDe Muiderbrug is een 300 mlange stalen brug die de A1 nabijAmsterdam over het Amster-dam-Rijnkanaal voert. Deze brugis gebouwd in 1969-1970. Inverband met de aanleg van spits-stroken is de brug nu versterkt,verbreed en verhoogd. Ontwerp,fabricage en montage van detwee pylonen van de brug zorgdevoor de nodige hoofdbrekens.1Muiderbrug versterkt, verbreed, verhoogd (2)Nieuwe pylonen voor Muiderbrug 22010 63De oplossing voor het versterken van de brug is gevonden inhet aanbrengen van een extra steunpunt. Dit steunpunt is gere-aliseerd met een tuiconstructie. Deze tuiconstructie is beves-tigd aan twee pylonen, die puntsymmetrisch zijn geplaatst tenopzichte van de brug. Vanwege de parallellogramvorm van debrug kon hij worden gedragen door twee tuisystemen metidentieke (korte) overspanningen tot het midden van de brug.Om het verkeer op de A1 zo min mogelijk te verstoren, zijn de70 m hoge pylonen in prefab beton uitgevoerd. Alleen hetonderste gedeelte van 14 m werd in het werk gestort. De reste-rende hoogte werd uitgevoerd in 11 prefab-betonsegmenten vanelk circa 5,10 m hoogte. In het zevende segment (met bovenkantop circa 50 m hoogte) bevindt zich de tuistoel waaraan de voor-en achtertuien zijn verankerd. De bovenste vier segmenten zijnenkel uit architectonische overwegingen aangebracht (foto 2).Ontwerp gebuiksfaseDe pyloon is ontworpen met een scheefstand in twee richtingenten opzichte van de verticaal, in langsrichting van de brug is dehoek tussen horizontaal en aslijn pyloon circa 75?; in de richtingdwars op het brugdek bedraagt deze hoek circa 84,5?. De pyloonis voor de definitieve toestand berekend als een vrij uitkragendekolomconstructie die op enige afstand van de kolomvoet wordtbelast door tuikrachten. Door deze modellering moet van dejaarlijkse en dagelijkse temperatuurswisselingen alleen het effectvan de eigentemperaturen worden meegenomen. Voorts wordennaast het eigengewicht en de voorspanning in de pyloon ook dewindbelastingen beschouwd. De ingevoerde tuikrachten (zespuntkrachten) resulteerden uit een berekeningsmodel van degehele tuiconstructie die aan elke zijde van de brug is aange-bracht. In de berekening van de pyloon is rekening gehoudenmet het calamiteitsscenario dat ??n van de voortuien of ??n vande achtertuien kan uitvallen. Hierdoor wordt naast toename vande momenten in de pyloon ook torsie over de dwarsdoorsnedevan de pyloon veroorzaakt.Eventuele dynamische effecten zijn niet in beschouwinggenomen.Statisch bepaalde liggerDe pyloon is gemodelleerd met een volledige inklemming terhoogte van de onderzijde. Omdat hij is gedimensioneerd opbasis van de gegeven (tui)krachten, valt berekeningstechnischde interactie tussen pyloon, tuien en bestaande brug weg. Hier-door reduceert de pyloon tot een statisch bepaald, eenzijdiguitkragende constructie. Voor de berekening van de optre-dende snedekrachten van de pyloon als geheel, is de stijfheidvan de inklemming niet relevant. Deze wordt oneindig stijfverondersteld. Voor de vervormingsberekening moest de stijf-heid van de fundering en de interactie met de tuiconstructie enbestaande brug echter wel worden meegenomen.Voor de berekening van de aansluiting van de funderingspoermet de pyloon bleek de vervorming van de poer een aanzien-lijke invloed te hebben. Dit ondanks het feit dat het hier gingom een poer van 3,5 m dik. Dit deel van de pyloon en ook hetdeel waarin de voorspanning is verankerd, is daarom met eeneindige-elementenprogramma berekend (Scia Engineer).SchuifspanningenEen belangrijk onderdeel van het ontwerp is de horizontalevoegconstructie. In deze voegen treden grote schuifspanningenop. Deze zijn het gevolg zijn van de ontbinding van de snede-krachten in de systeemlijn van de pyloon naar het horizontaleing. Hans Mortier PMseCFEir. cor Kuilboer en ir. Frank van DoorenRijkswaterstaat / Dienst Infrastructuuring. Anton PluGemeentewerken Rotterdamir. Hans Dorsman en ir. Wouter smitRoyal Haskoningir. Marijn LaethemGreisch1 Om het verkeer op de A1 zo min mogelijk te versto-ren, zijn de 70 m hoge pylonen in prefab uitgevoerd2 De bovenste vier segmenten zijn enkel uit architecto-nische overwegingen aangebrachtDit is het tweede artikel in een serie van drie over de Muiderbrug.Het eerste artikel (2010/1) was een inleiding en een toelichtingop het opvijzelen. Dit tweede artikel gaat in op de pylonen, hetderde artikel (2010/3) op de drukbalken en de opvangligger.2Nieuwe pylonen voor Muiderbrug22010643 Voorspanverloop in de pylonen4 Grafische controle van alle belastingscombinatiesvan de voeg tussen segmenten 1 en 25 Elke binnenkist was een driedimensionale uitda-ging op zich6 Aan de binnenzijde van de pylonen waren lokaleverbredingen en nokken nodigEnerzijds door een torsiemoment vanwege het niet samenval-len van het dwarskrachtencentrum en het normaalkrachten-centrum van de beschouwde doorsneden. Anderzijds door detorsiemomenten uit de tuikabelbelastingen.De berekende optredende schuifspanningen worden gecontro-leerd op:bezwijken van de drukdiagonalen:2= 0,2knkf'b> dtoelaatbare schuifspanning:u= kbfb+ ks? (Fpw? Nd) / Ab> dMet behulp van de aangehaalde ontwerpberekeningen werdeen voorspanverloop gevonden zoals aangegeven in figuur 3.Ontwerp montagefaseBij aanvang van het ontwerp in de montagefase werdenconcrete afspraken gemaakt over de plaatsing van de prefabpyloondelen. Bij windsnelheden groter dan 6 Bft zouden dewerkzaamheden worden gestaakt. Tevens was de aanvoersnel-heid van de segmenten in de kraanhaak gelimiteerd op 0,033m/s verticaal en 0 m/s horizontaal (dus alleen aanvoer vanbovenaf). Hierdoor werd de schokbelasting op de vrij uitkra-gende pyloon zo veel mogelijk beperkt.Onderste segmentenIn de voeg zijn drie platte vijzels aangebracht die tot circa 25 mmdikte werden opgepompt met water. Vervolgens werd het nieuwesegment geplaatst op deze drie vijzels. Hierbij werd gebruikge-maakt van twee vooraf ingestorte zoekers. Dit zijn stalen doken4,504,003,503,002,502,001,501,000,500,00-0,50 0,50 1,50 2,50 3,50 4,50 5,50 6,50 7,50x (m)(m)vlak. Om die reden is in een eerder stadium gedacht aan eentandvormige aansluiting van de segmenten ter hoogte van devoegen. Omdat dit moeilijk uitvoerbaar bleek, is uiteindelijkgekozen voor een ontwerp met vlakke horizontale voegen.In elke voeg zijn voor elke belastingscombinatie de snedekrachtenNrep, Mx;repen My;repbepaald. Hieruit kunnen de spanningen inelke hoek van de dwarsdoorsnede worden bepaald. Vervolgens isiteratief een geometrie van voorspankabels gezocht. De voorspan-kracht moest in staat zijn de meest getrokken betonvezel mini-maal zo voor te spannen dat een resterende drukspanning over-blijft van 3,1 N/mm2. Dit is de som van de vereiste 1 N/mm2resterende drukspanning en de maximaal optredende 2,1 N/mm2trekspanning ten gevolge van eigentemperatuur.Nadat voor alle voegen een passend voorspanverloop wasgevonden moest de voegvulling en/of het aanliggend betonvlakworden gecontroleerd op de maximale optredende betondruk-spanning (UGT). Voorts moest ook worden gecontroleerd ofde voegvulling en/of het aanliggend betonvlak in staat zou zijnde optredende schuifspanning op te nemen. Deze schuifspan-ning wordt enerzijds veroorzaakt door dwarskrachten vanuit detuikabelbelastingen en anderzijds door de horizontale compo-nenten van de voorspankracht in de hellende voorspankabels.Ten slotte werden deze schuifkrachten ook nog verhoogd.3465Nieuwe pylonen voor Muiderbrugomdat het programma van eisen een dubbele borging voor-schreef. Hierna werden in sparingsbuizen GEWI-staven inge-bracht en via schroefkoppelingen verbonden met de GEWI-sta-ven van het onderliggende segment. Vervolgens werden de voegen de sparingbuizen rondom de GEWI's aangegoten. Na voldoen-de verharding kon het volgende segment worden geplaatst.ControleDe belastingsgevallen die in montagefase werden beschouwd zijneigengewicht beton, windbelasting, stootbelasting ten gevolge vanhet plaatsen van een segment en de voorspanning in de pyloon.Vanuit de optiek van de dubbele borging werd er voor de plaat-sing van de segmenten 2 t/m 7 steeds vanuit gegaan dat ??n vande twee laatst aangespannen voorspanbundels kon bezwijken.Het gehele uitvoeringsproces van de pyloon geeft per stap steedswijzigende belastingsgevallen en belastingscombinaties per voeg.met een punt in de bovenkant van segment `n' en passen in inge-storte kommen in de onderzijde van het segment `n+1'. Vervol-gens werden twee voorspankabels aangebracht en gedeeltelijkaangespannen. De horizontale componenten van de voorspan-kracht werden door de zoekers opgenomen. Hierna werd devoegvulling tussen beide segmenten aangebracht. Nadat segment`n+2' was geplaatst (ook op drie vijzels), werd de voegsterkte(verharding) gecontroleerd van de voeg tussen segment `n' en`n+1'. Bij voldoende sterkte konden de platte vijzels in deze voegworden afgelaten, zodat de voeg het gewicht van de bovenlig-gende segmenten kon overnemen. Pas dan konden weer tweebijkomende voorspankabels (gedeeltelijk) worden aanspannendie in de afspannokken van segment `n+2' waren aangebracht.Deze methodiek werd aangehouden tot en met het plaatsen vansegment 7. Tussen segment 7 en 8 werd geen voorspanningmeer voorzien. Hoewel dit niet logisch lijkt ? de tuistoel met detuiverankeringen bevindt zich net in segment 8 - is de voor-spanning van deze voeg juist door de tuien zelf aangebracht.Door een goed uitgebalanceerd spanprotocol blijft de normaal-spanning in deze voeg voldoende hoog om de optredendeschuifspanningen toe te kunnen laten.TopsegmentenVoor de bovenste architectonische segmenten (9 t/m 12) is eenandere methodiek toegepast. Deze segmenten hebben geen voor-spanning, maar zijn onderling verbonden door GEWI-staven. Desegmenten werden geplaatst op drie rubber oplegblokken. Ominstabiliteit te voorkomen, werden ze aan het onderliggende seg-ment gekoppeld met twee tijdelijke externe trekverbindingen. Ditzijn M30 draadstangen die worden aangedraaid in moffen die zijngelast aan ingestorte verankerde platen aan beide zijden van devoeg. Per voeg werden twee tijdelijke koppelingen voorzien56Nieuwe pylonen voor Muiderbrug22010667 De segmenten werden geplaatst metbehulp van een mobiele kraan8 Voegen tussen de segmenten met opblaas-bare rioolafsluiters en een brievenbuswerden veroorzaakt door de schuinstand van de segmenten,waardoor zowel binnen- als buitenkist tegen opdrijven tijdens deverhardingsfase en omkantelen moest worden verankerd.De maatvoering moest uiterst zorgvuldig gebeuren. De zoekersen de corresponderende sparingen hadden een tolerantie van 5mm. Voorts moesten de sparingsbuizen, waardoor de voorspan-ning moest worden aangebracht, ter plaatse van de voeg naad-loos aansluiten, rekening houdend met de dikte van de voeg.Ook hier gold een tolerantie van circa 5 mm. Daarom werd depyloon volledig in 3D gemodelleerd. Na realisatie van segment`n' werd een mal gemaakt van de bovenzijde van dit segment.Deze werd gebruikt bij het uitzetten van de kist en de in testorten onderdelen in de onderzijde van segment `n+1'. Omdatde dichtheid van de wapening in de segmenten bijzonder hoogwas, was een beton nodig met goede verwerkbaarheid. Anderegestelde criteria waren de witte kleur en de betonsterkte C53/65.Dit eisenpakket resulteerde in de betonsamenstelling uit tabel 1.Montage prefab segmentenDe segmenten werden geplaatst met behulp van een mobielekraan (foto 7). De wanddikte van de segmenten werd afgestemdop het maximaal hijsbaar gewicht voor dit kraantype. Vandaarook de eerder genoemde grote hoeveelheid wapening. Omdat destempels van de kraan in de nabijheid stonden van een belang-rijke drinkwaterleiding en een verankerde damwand van hetAmsterdam Rijnkanaal, werd onder elke stempelpositie eengestabiliseerd zandmassief op drie boorpalen voorzien. Maar dekraan, inclusief ballastblokken, moest over de waterleidingenrijden v??rdat de stempels konden worden uitgezet op de tijde-lijke funderingspalen. Daarom werd een overkluizing voorzienom aan de eis te kunnen voldoen dat de onmiddellijke zettingvan de buizen niet meer dan 20 mm zou bedragen.Tijdens het eerste `stapelweekend' werd aan de westelijkeoever eerst de drukbalk geplaatst. Hierna tilde de mobielekraan het eerste segment vanaf een ponton op, en plaatse hetop de in-situ onderbouw. Na de controle van de aansluitingvan de sparingsbuizen ten behoeve van de voorspanning,werd de kraanhaak losgemaakt van het segment. Hierdoorkwam het segment op de vooraf geplaatste vijzels en hetrubberen voegprofiel te rusten. Vervolgens werd de voor-spanning deels aangebracht in twee voorspanbundels, zoalseerder aangegeven. Daarna werd de voegvulling aangebracht.Tijdens het aanbrengen van de voegvulling moest wordenvermeden dat de mortel in de al dan niet lege voorspankana-len zou komen. Hierdoor zou immers later aanspannen vanal aangebrachte voorspanbundels of het aanbrengen ervanonmogelijk worden gemaakt. Daarom werden eerst in alleHieruit werden ofwel de schuif- en normaalspanningen in devoeg, ofwel de optredende drukkrachten in de vijzels/rubbe-roplegblokken en de trekkrachten in de tijdelijke koppelverbin-dingen gecontroleerd. Figuur 4 geeft een grafische controle vanalle belastingscombinaties van de voeg tussen segmenten 1 en 2in de fase waarbij segment 2 op platte vijzels staat. Gezien desnelheid van de realisatie zijn de voegen tijdens de montagefa-ses gecontroleerd op basis van hun minimaal aanwezige sterkte.Criteria hierbij waren enerzijds geen optreden van trekspan-ningen en anderzijds de controle van de toelaatbare druk- enschuifspanningen. Uit deze berekeningen werd geconcludeerddat het voegmateriaal minimaal de betonsterkteklasse C12/15(f'ck= 15 N/mm2) moest hebben, voordat men de platte vijzelskon aflaten.Voor de voegen tussen de segmenten van de topjes, moest devoegvulling tussen segmenten `n' en `n+1' minimaalf'ck= 20 N/mm2bedragen voordat de segmenten `n+3' kondenworden geplaatst. Dit was vereist omdat de voegvulling 15 keerstijver moest zijn dan de rubber oplegblokken, zodat alle bijko-mende belastingen door de voegvulling en niet door de opleg-blokken zouden worden overgedragen.Fabricage prefab segmentenDe elf segmenten per pyloon werden vervaardigd in een prefabyard in Dordrecht, ongeveer 100 km van de bouwplaats verwij-derd. De bekisting van de elementen was uitermate complex.Door de taps oplopende vorm van de pyloon was geen enkelebekisting identiek aan een andere. Dit aspect kon voor desysteembekisting voor de buitenkant nog worden opgevangendoor hem te laten molenwieken, naarmate de segmentenverkleinden. De binnenkist was echter een ander verhaal. Om detijdelijke vijzels en/of oplegblokken te kunnen plaatsen moestener lokale verbredingen worden aangebracht. Bovendien warenper segment op steeds andere locaties nokken nodig ten behoevevan de voorspanning. Hierdoor was elke binnenkist een driedi-mensionale uitdaging op zichzelf (foto 5 en 6). Het was dan ookgeen buitensporige luxe dat sommige van de timmerliedendestijds als meubelmakers waren geschoold. Extra moeilijkheden7Nieuwe pylonen voor Muiderbrug 22010 67alle ingesloten luchtbellen worden beschouwd. In de normwerd gesteld dat dit voor voegen die zonder persdruk wordenaangebracht, 70% bedraagt. Voor voegvullingen die m?t pers-druk worden aangebracht kan dit oplopen tot 90% of hoger.Het rubber voegprofiel werd zodanig gekozen, dat bij eenvijzel/oplegblokhoogte van 25 mm het profiel voldoende hardwerd ingedrukt opdat enerzijds geen voegspecie zou kunnenlekken; anderzijds zou hiermee het voegprofiel geen hard puntvormen in vergelijking met de stijfheid van de verharde voeg-vulling. Dit resulteerde wel in de bijkomende randvoorwaardedat de voegvulling niet onder druk kon worden ingeperst.Daarom moest de voegvullingsspecie dusdanige rheologischekenmerken vertonen dat met een minimale hydrostatischeoverhoogte, gecre?erd door een brievenbussysteem, een voeg-vulling van minimaal 85% kon worden bereikt. Om de specie-samenstelling te valideren werden ??n-op-??n proeven uitge-voerd van de meest maatgevende delen, dus met de meesteverhinderende insluitingen. Hierbij werd bij de eerste proevenhet bovenste betondeel in de proefopstelling behandeld metontkistingsmiddel, teneinde de voeg intact te laten bij wegne-men van dit bovenste betondeel. Hierbij werd echter `slechts'een voegvullingsgraad van 81% bereikt. Dit kwam door de veleingesloten kleine luchtbellen. Bij herhaling van de proevenzonder ontkistingsolie, bleek het aanzuigende effect van hetbovenliggende betonoppervlak er echter voor te zorgen dat ersteeds een voegvullingsgraad van 85% of meer werd bereikt.Voor het begin van de `stapelweekends' werd met berekeningeneen voorspelling gemaakt van de bewegingen die elk segmentzou maken bij elke plaatsings- en voorspanstap. Deze bereke-ning diende meer als een controle van de metingen tijdens hetuitvoeringsproces zelf dan voor het correctief ingrijpen bijnavolgende stappen. Berekeningen toonden immers aan dat debewegingen tijdens het spannen van de tuien van een grotereorde waren dan deze tijdens het stapelproces zelf. lege voorspankanalen, ter hoogte van de aan te brengen voeg`n', opblaasbare rioolafsluiters afgelaten. In de bekisting werdeen brievenbus gerealiseerd, een voorziening in het bekis-tingshout die het mogelijk maakt de voegmortel met eenhydrostatische overdruk aan te brengen. Na het opblazen vande afsluiters werden deze brievenbus en voeg `n+1' volledigonder water gezet. Wanneer er nergens lekwater in voeg `n'werd gedetecteerd, liet men al het testwater weglopen. Naeen grondige droging van de betonoppervlakken ter plaatsevan voeg `n', kon de voegvulling worden aangebracht (fig. 8).VullingsgraadUit de berekeningen van de normaal- en schuifspanningen inde voeg, bleek heel snel dat de voegvulling minimaal dezelfdeof een hogere kwaliteit moest hebben dan de aangrenzendebetonsegmenten. Wanneer alle reducties van het contactopper-vlak tussen voegmortel en betonsegmenten in de vorm vansparingsbuizen, voegprofielen en vijzels/oplegblokken, correctin rekening werden gebracht, werd becijferd dat de voegvul-lingsgraad ongeveer 85% moest bedragen. Deze vullingsgraadis de verhouding tussen het werkelijk aanwezige contactopper-vlak en het maximaal beschikbare contactoppervlak, waarbij Projectgegevensopdrachtgever Rijkswatersaatdirectievoering RWS Bouwdienst (tegenwoordig Dienst Infrastructuur)architectonisch ontwerp Benthem Crouwel architectenreferentieontwerp Rijkswaterstaat Bouwdienst, IngenieursbureauGemeentewerken Rotterdamuitvoering Aannemerscombinatie CFE/Victor Buyckuitvoeringsontwerp Royal Haskoning en Greischvijzelen/tuien Freyssinetmontage Ale Heavyliftbuitenbekisting pylonen DokaTabel 1 Samenstelling van het beton dat is toegepast in de segmentenBeton C53/65 - witcement Cem III/A 52,5 N 400 kgzand 779 kgaggregaten 4-16 743 kg4-32 248 kgwater 176 ltoevoegst. TiO26%Pozzolith 0,4 kgBetomix 415 2,8 kgsparingsbuizen voorde voorspankabelssparingsbuizen voorde voorspankabelsrubber profielopblaasbare rioolafsluitersbrievenbus8