C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBr uggenbou wcement 1999 738Voor het project `SpoorverdubbelingBoxtel-Eindhoven' zijn in het baan-vak Boxtel-Liempde vijf onderdoor-gangen en een fly-over gerealiseerd.De fly-over kwam in het begin van1997 negatief in het nieuws toen naeen strenge vorstperiode scheur-vorming werd geconstateerd. Descheurvorming is constructief her-steld en de fly-over is inmiddels ingebruik genomen. In dit artikel wor-den de achtergronden van dit con-structief herstel toegelicht.Met het traject Boxtel-Liempde isgestart in 1993. De fly-over, hetlaatst te bouwen kunstwerk, heefttot doel het treinverkeer vanuitEindhoven, richting Tilburg,kruisingsvrij af te wikkelen tenopzichte van het treinverkeerkomend uit 's-Hertogenbosch,richting Eindhoven.Overigens stammen de oorspron-kelijke plannen voor het bouwenvan een fly-over te Boxtel reedsuit de jaren zeventig in de toen-malige Knelpuntennota van NS.De fly-over bestaat uit een vijftalenkelsporige trogbruggen, vanNoord naar Zuid genummerd 1t.m. 5. Onder trogbrug 3 bevin-den zich de onderliggende spo-ren, aan weerszijden van trog-brug 3 liggen twee aanbruggen(fig.1). Deze hebben een lengtevan 53 m, met overspanningenvan 24 m. Trogbrug 3 heeft eenlengte van 119,60 m met over-spanningen van 37,4, 39,4 en40,3 m.Uit esthetische overwegingenhebben alle troggen dezelfde balk-afmetingen (fig. 2).Bij het storten van de trogbrug-gen werd de temperatuurontwik-keling als gevolg van de hydratie-warmte, beperkt door koeling.In december 1996 werd trogbrug2 gestort. Na het aanbrengenvan de krimp- en eigengewichts-voorspanning is met kerstverlofgegaan. Rondom de kerst tradeen periode in met zeer strengevorst, waardoor het werk paseind januari 1997 kon wordenhervat.Na het aanbrengen van de eind-voorspanning werden de voor-spankanalen en de koelbuizenge?njecteerd. Tijdens het injecte-ren van de voorspankanalen liepinjectiemortel uit de koelbuizenen tijdens het injecteren van dekoelbuizen liep injectiemortel uitde verankeringen van de voor-spankabels.Er moest dus een verbinding zijntussen de koelbuizen en de voor-spankanalen. Na het verwijderenvan de binnenbekisting werdenvrijwel horizontale scheuren inde balken aangetroffen, in deoostelijke trogbalk meer dan inde westelijke (foto 3).De buitenbekisting was al eerderverwijderd, doch door de hogeligging waren vanaf maaiveldgeen scheuren waargenomen.Het bleek dat de koelbuizen nietwaren leeggeblazen voordat metkerstverlof was gegaan. Al snelrees het vermoeden dat descheurvorming was ontstaandoor bevriezing van het water inde koelbuizen.Scheurvorming in trogbrugconstructief hersteldJ.J. van Soest, BV Aannemersbedrijf Ph. de KoningIng.W.C.Verhoeven, ing.F.J. van der Vaart, W.J.H. de Moor, Holland Railconsult1 | Situatie fly-over Boxtel3 | Na het ontkisten was horizontalescheurvorming zichtbaar2 | Dwarsdoorsnede trogbrugO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV iaduc tenbouwcement 1999 7 39Om een zo goed mogelijk beeldvan de schade te krijgen wasinzicht in het inwendige scheur-verloop in de trogbalken nood-zakelijk. Hiertoe heeft de aan-nemer TNO ingeschakeld. Alsgevolg van de grote afmetingenvan de trogbalken en de positievan de langsvoorspanning enzachtstaalwapening, was het nietmogelijk op niet-destructievewijze het beton te onderzoeken.Op diverse plaatsen zijn doorTNO cilinders geboord, zowel terplaatse van de scheuren als terplaatse van koelbuizen. Fluorescen-tiemacroscopische analyse beves-tigde het beeld dat de koelbuizenwaren bevroren met bovenge-schetste gevolgen (foto 4).C o n s t r u c t i e v e o p l o s s i n gNadat de schade was geconsta-teerd rees de vraag: `Kunnentwee koelbuizen een trogbalk opdeze wijze kraken'. Berekeningtoont aan dat dit inderdaad kan.Bij de overgang van water naarijs ondergaat het een volumever-groting van circa:volumetoename =0,998( ______ ? 1) 100% = 8,83%0,917dichtheid van ijs: 0,917 x 103kg/m3(bij 269 K = ? 4 ?C)dichtheid van water: 0,998 x 103kg/m3(bij 293 K = 20 ?C)Deze volumetoename wil hoedan ook optreden. Wordt dit ver-hinderd, dan ontstaan er grotespanningen en dus grote krach-ten. Bij de trogbrug kon de ver-vorming niet vrij plaatshebben,waardoor deze op de zwakstedoorsnede is gescheurd. De doorTNO gemeten scheurwijdte bijgeboorde cilinders bedroeg maxi-maal 0,8 mm, te verklaren uit devolumetoename van de koelbui-zen. De koelbuizen hebben eenbuitendiameter van 28 mm eneen wanddikte van 1,5 mm. Detoename van de binnendiameteris dus:y 1,0883 ? 252- 25 = 1,08 mmDe kracht die deze volumever-groting op het beton uitoefent isuit te rekenen met de formulesvoor de rek (de snede is hierbijvoor de eenvoud omgerekendnaar een vierkant):Fl lEAl = __ F = ____EA lDit leidt tot een kracht van 6000kN/m. Het beton kan over dezwakste snede echter maximaal2100 kN/m aan trek opnemen,dus zal de constructie scheuren.Nadat de schade goed in beeld wasgebracht, waren er twee opties:- slopen en opnieuw bouwen;- constructief herstel van detrogbrug.Gekozen is voor de laatste optie.Er is een herberekening van degescheurde constructie gemaakt.De constructie bestond nu infeite uit twee los op elkaar lig-gende liggers, die door de aanwe-zige beugelwapening met elkaarwaren verbonden. Uit de herbe-rekening bleek deze beugelwape-ning niet de extra benodigdeafschuifkracht te kunnen leve-ren. Zonder aanvullende maatre-gelen zou de beugelwapeningopnieuw gaan vloeien.De keuze bestond uit:- inlijmen van verticale zachtstaal-wapeningsstaven als deuvels;- aanbrengen van verticale voor-spanning.Gekozen is voor verticale voor-spanning, berekend volgens deVBC, 8.2.5.: Aansluitvlakken vansamengestelde liggers en platen.VdSd= ____bwIwaaruit:VdSqafsch= _____ kN/mIDe vraag is hoeveel verticalevoorspanning nabij het tussen-steunpunt nodig is, waar dedwarskracht Vdhet grootst is.Vd= 1600 kNI = 2,707 m4Uitgaande van een wrijvingsco?f-fici?nt ks= 1 (voor opgeruwdeaansluitvlakken) moet dus de-zelfde (verticale) voorspankrachtper meter worden aangebrachtals er aan afschuifkracht aan-wezig is.Er is een aantal voorspansyste-men van diverse fabrikantenbeoordeeld. Uiteindelijk is deoplossing met de dubbel geribdevoorspanstaven van Dywidag ver-der uitgewerkt. Hiermee zijn inhet verleden goede ervaringen op-gedaan. Door de ribben heeft eengoede krachtsoverdracht plaatstussen de staaf en het omringen-de beton.De voorspankracht wordt in deconstructie gebracht door een inde onderzijde van de constructieverlijmde voorspanstaaf met eenverankering aan de bovenzijde.Toen in september 1998 de op-dracht werd gegeven trogbrug 2te herstellen, kon zo'n groot aan-tal dubbel geribde voorspansta-ven (in totaal 336 stuks) niet opkorte termijn geleverd worden.De onderaannemer kwam toen4 | Fluorescentiemacroscopische analysebevestigde dat het beton rondom de koel-buizen `intens' gescheurd wasS = A ? a = 1,399 m2? 1,430 m = 2,00 m3VdS 1600 ? 2qafsch= ____ = _________ = 1182 kN/mI 2,707O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV iaduc tenbou wcement 1999 740met het alternatief van gladdevoorspanstaven met opgeroldedraad. Op het werk is hiermeeeen proef gedaan. In een funde-ringspoer van de fly-over is eenvoorspanstaaf met een cement-gebonden gietmortel ingelijmd.Na verharding van de gietmortelis tot 150% van de berekendevoorspankracht voorgespannen.Hierbij gaf de staaf niet mee.De voorspanstaven met een dia-meter van 32 mm, FeP 1030, zijnaan de onderzijde over een leng-te van 450 mm ingelijmd. Detotale lengte van de stavenbedraagt 2350 mm. Er zijn tweevoorspanniveaus toegepast: 325kN per staaf in het veld en 440kN per staaf ter plaatse van hettussensteunpunt. Om de voor-spanstaaf boven de inlijmlengtete kunnen laten verlengen, is eenkrimpkous om de staaf aange-bracht, zodat geen aanhechtingvan de gietmortel kan optreden(fig. 5, foto 6).U i t v o e r i n g h e r s t e l -w e r k z a a m h e d e nInjectiewerkzaamhedenVoordat de verticale voorspan-ning kon worden aangebracht,dienden de aanwezige scheurente worden ge?njecteerd. Toegepastis een injectievloeistof op basisvan epoxy, geschikt voor toepas-sing op vochtige ondergrond.De wijze van aanboren is essen-tieel voor het verkrijgen van eengoede vullingsgraad. Daarom isvoor het injecteren hetzelfde boor-patroon toegepast (op dezelfdelocaties) als voor de verticale voor-spanning. Door aldus te injecte-ren vanuit het inwendige van detrogbalk, wordt een goede vullingover de volledige doorsnede be-reikt. Tevens was aan de buiten-zijde van de trogbalk een goedevisuele controle op vulling moge-lijk vanaf een op de trogbalkenrijdende steiger met hangbak.De maximale boordiepte wascirca 1500 mm, de boordiameterbedroeg 10 mm.Na het boren is van elk boorgatgecontroleerd of het contact hadmet de scheur door het met pers-lucht af te persen en met eenmanometer te controleren of dedruk afnam. Zo kon goed wor-den beoordeeld of er verbindingwas tussen boorgat en scheuren.Op diverse plaatsen was scheur-vorming laagsgewijs aanwezig.Door als eerste de diepste scheu-ren te injecteren, kon laagsgewijsnaar boven toe worden ge?njec-teerd. Het injecteren ging overhet algemeen goed. Toch warener nog scheuren waarbij aan debuitenzijde geen injectievloeistofuittrad. Deze zijn alsnog vanafde buitenzijde aangeboord enge?njecteerd.V??r het injecteren is de hecht-treksterkte van de injectievloei-stof aan het beton in het werkbeproefd conform CUR-Aanbe-veling 20 - methode 1. Minimaleeis was een hechttreksterkte van2,5 N/mm2. Deze waarde konworden gerealiseerd, zowel opdroog als op vochtig beton. Debreukvlakken van de proefstuk-ken lagen alle in de betonnenondergrond.Na het injecteren, conform CUR-Aanbeveling 56, is de vullings-graad a-select gecontroleerd.Aanbrengen verticale voorspanningDe moeilijkste opgave in hetherstelplan was het boren van336 gaten met een diameter van48 mm met een lengte van 2250mm. Per trogbalk 168 gaten, ver-deeld over 84 stramienen (fig. 7).De eis was dat voorspanning enwapening volledig intact moes-ten blijven.Om tijdens de boorwerkzaamhe-den de bovenwapening niet tebeschadigen, zijn vooraf in hetbovenvlak van de trogbalken, terplaatse van de toekomstige ver-ankeringen, zaagsneden gemaakt5 | Situering voorspansta-ven in trogbalk6 | Voorspanstaven ? 32mm met aan de onderzijde450 mm opgerolde draad alsankerlichaam, spiraals-gewijs omwikkeld met ijzer-draad als centering in boor-gat, vervolgens de krimp-kous en 150 mm opgeroldedraad voor de moer-verankering7 | Trogbalk oostzijdea. zijaanzicht met situering voorspankanalenb. bovenanzicht met patroon verticale voorspanningO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV iaduc tenbouwcement 1999 7 41en is het beton weggehakt. Tevenswas in de eindsituatie een ver-diepte ligging voor de conserve-ring van de verankering noodza-kelijk, daar de bovenzijde van detrogbalken niet wezenlijk hogermocht worden.Het grootste probleem bij hetboren was de aanwezigheid vande langsvoorspanning in de trog-balken. Zorg gaven met namedie gaten die ter plaatse van dediepe ligging van de langsvoor-spanning moesten worden ge-boord. Vooraf is daarom bij elkboorgat de theoretische liggingvan de voorspankabels berekenden getekend. Theoretisch was eenruimte aanwezig tussen zijkantboorgat en zijkant kabelomhul-ling van de langsvoorspanningvan 66 mm.De meest voor de hand liggendemethode was het zogenaamdenat boren (diamant), maar hetrisico niet te kunnen waarnemenof dat een voorspankabel zouworden geraakt, was te groot.Gekozen is daarom voor eencombinatie. Er is circa 50 mmnat voorgeboord; hierdoor werdeen exacte plaats voor de Wydia-boorkop bepaald. Met een gelei-de, door lucht aangedreven, boor-machine (boorcrawler) zijn degaten tot op de vereiste dieptegeboord (foto 8).Een tweede voordeel van hetboren met lucht was dat eengrotere ruwheid van het boorgatwerd verkregen, waarmee eengoede aanhechting tussen betonen gietmortel werd bereikt.Tijdens het boorproces is steedsop twee tijdstippen de scheef-stand van het boorgat gecontro-leerd: direct voordat de boor delangsvoorspanning zou passerenen zodra het boorgat gereed was.Aangehouden is een maximaaltoelaatbare scheefstand in dwars-richting van 1%. Indien dezescheefstand na de eerste metingwerd overschreden, werd eennieuw gat geboord.Na het reinigen- en voorbevochti-gen van de boorgaten is eencementgebonden gietmortel inhet boorgat gegoten. Ter voor-koming van luchtinsluitingenzijn de voorspanstaven met eendraaiende beweging in de boor-gaten aangebracht. Om ervoor tezorgen dat het ankerlichaam vande voorspanstaaf gecentreerd inhet boorgat werd geplaatst, is alsafstandhouder een ijzerdraadspiraalsgewijs om de opgeroldeschroefdraad aangebracht. Na uit-harding van de gietmortel isvoorgespannen.Als conservering van de veranke-ringen is, na het aanbrengen vankrimpwapening op het bestaan-de betonoppervlak, een 60 mmhoge opstorting van grindbetonaangebracht, voorzien van poly-propyleenvezels. Ter voorkomingvan krimpscheuren is het betonom en om in stroken van 6 mlengte gestort (foto 9).Dankzij de gekozen methode vanherstel zijn de trogbalken con-structief hersteld, zonder noe-menswaardige aantasting van deesthetische vormgeving en metbehoud van de oorspronkelijkvoor ogen staande levensduur.De fly-over is in december 1998door het spoorwegverkeer ingebruik genomen (foto 10). sProjectgegevensopdrachtgever:NS Railinfrabeheerontwerp en directie:Holland Railconsult bvhoofdaannemer:BV Aannemersbedrijf Ph. de Koning jronderaannemer injectie- enboor werkzaamheden:Vinteconderaannemer voorspansysteem:DSI bvduur herstelwerkzaamheden:tien weken8 | Positioneren van de boorcrawler9 | Krimpwapening voor de 60 mm dikkeopstorting van grindbeton als conserve-ring van de verankering van de voorspan-staven10 | De fly-over is indecember 1998 in gebruikgenomen