I IONDERZOEK IVOORSPANNING IUITWENDIGE VOORSPANNINGINSCHUIFBRUGGENEEN AANTREKKELIJKE MOGELIJKHEID VOOR TOEPASSING INNEDERLANDir.G.P.c.Verrneulen*ing.N.Kaptijn, Bouwdienst Rijkswaterstaatdr.ir.c. van der Veen, TU Delft, faculteit Civiele Techniek, sectie BetonconstructiesUitwendige voorspanning in brugconstructies heeft als voordelen een besparing vanbeton en voorspanstaal en een eenvoudiger detaillering. Hoewel deze techniek in hetbuitenland een aantal tnalen is toegepast, is dit in ons land nog niet het geval. Redenhiervoor is onder tneer het tuinder gunstige gedrag van de voorspanning in debezwijkfase. Otn na te gaan ofdeze terughoudendheid terecht is en ofdezevoorspantnethode in Nederland ook aantrekkelijk zou kunnen zijn, is eenonderzoek gestart naar uitwendige voorspanning. Daartoe is als afstudeeropdrachtbij de sectie Betonconstructies aan de TU Delft, in satnenwerking tnet deBouwdienst Rijkswaterstaat, een veelbelovende toepassing bestudeerd: uitwendigevoorspanning in schuifbruggen [1].Bij uitwendige voorspanningworden de voorspanelementenniet in maar buiten de beton-doorsnede aangebracht. Deze voor-spanmethode kan bij veel brugdoorsne-den worden toegepast. Daar een schuif-brug meestal kokervormig is, is het on~derzoek beperkt tot constructies meteen dergelijke doorsnede. De uitwendi~ge voorspankabels worden bij een ko-kerconstructie in de holle ruimte van dekoker aangebracht. De kabels zijn ver-ankerd in diafragma's ofdwarsschottenen worden van richting veranderd terplaatse van deviatorconstructies. Ditkunnen zadelconstructies op de onder-flens zijn, maar de kabels kunnen ook inde dwarsschotten worden afgebogen.In het buitenland wordt uitwendigevoorspanning bij bruggen regelmatigtoegepast. Uit een literatuurstudie hier-over bleken hiervoor ten opzichte vaninwendige voorspanning twee belang-rijke redenen:Een lager eigengewichtDoordat de voorspankabels niet in delijven van de kokerconstructie worden* irVermeulen, in militaire dienst, heeft op de I--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-;Betondag 1993 voor zijn hier beschreven afstu- De Zeeburgerbrug in uitvoering, waarvoor in dit artikel een alternatieve oplossingdeerwerk de Studieprijs uitgereikt gekregen. met uitwendige voorspanning wordt gepresenteerd. Foto: Rijkswaterstaat46 Cement 1993 nr. 12Kahelsysteem 1Bij dit systeem worden de uitwendigevoorspankabels in de schuiffase hori-zontaal aangebracht (centrische voor-spanning). Na het verschuiven van debrug wordt het verloop zodaniggewij-zigd, datde voorspanning geschiktis omde belastingen in de gebruiksfase op tenemen. Dat wil zeggen dat de kabel terplaatse van eensteunpuntomhoog en inhet veldmidden omlaag wordt gescho-ven. Omdat de benodigde kabellengtein de gebruiksfase groter is dan in debouwfase, worden bij dit alternatiefshims toegepast. Alvorens de kabels teverschuiven bleek het noodzakelijk de-ze eerst te ontspannen.Een dergelijk systeem, maar dan meteen schuifmethode die niet met de hierbedoelde methode overeenkomt, is toe-gepast bij de brug over de Rio Caroni inVenezuela [2].Mogelijke kabelsystemenEr zijn verschillende manieren om metuitwendige voorspankabels eerst eencentrische voorspanning te realiseren endaarna het verloop van de kabels te wij-zigen in een effici?nt verloop voor degebruiksfase. In de studie zijn een drietalvan dergelijke kabelsystemen vergele-ken, die hieronder worden toegelicht.Kahelsysteem 2De centrische voorspanning wordt indit alternatiefgerealiseerd door defini-tieve voorspankabels en tijdelijke, daar-aan gespiegelde kabels. Na hetverschui-ven van de brugwordende tijdelijkeka-bels ontspannen en in een voor de ge-bruiksfase effici?nt verloop gebracht.Het bleek noodzakelijk de gespiegeldekabels buiten de brugdoorsnede aan tebrengen. De reacties ervan worden doormiddel van staalprofielen naar debrug-constructie overgebracht. Ditsysteem isin een vergelijkbare vorm toegepast bijde King Taksin brug in Bangkok [3].gebruiksfase ontstaat.Bij het alternatieve ontwerp wordt devoorspanning dus beter benut, doordatzowel in de schuif- als in degebruiksfasede~elfde voorspanelementen wordengebruikt. Doordat de uitwendige voor-spankabels, die in de schuiffase eencentrische voorspanning vormen, nuook in de gebruiksfase effici?nt zijn, be-hoeft het voorspanniveau tijdens hetverschuiven van de brug niet te wordenbeperkt. Gevolg daarvan is dat door hethogere voorspanniveau geen hulp-steunpunten nodig zijn. Kort samenge-vat ligt de basis van het economischerontwerp in een effici?nter voorspansys-teem, waardoor de hulpsteunpuntenkunnen vervallen.Afname lijfdikte door uitwendigevoorspanning1In het alternatieve ontwerp is er naar ge-streefd de benodigde voorspanning inde schuif- en gebruiksfase te combi-neren. In de bouwfase worden daartoeuitwendigevoorspankabels in eenzoda-nigverloop aangebracht, datze tezameneen centrische voorspanning vormen.Na het verschuiven van de brug wordthetverloop van de kabels aangepast, op-dat een effici?nte voorspanning voor de.Eerst is getracht het ontwerp zo econo-misch mogelijk te maken. De basis hier-voor ligt bij het voorspansysteem.Bij de huidige Zeeburgerbrug is tijdensde schuiffase een centrische voorspan-ningaangebrachtmetvoorspanstaveninde boven- en onderflens. Omdat dezevoorspanning tijdens de gebruiksfaseniet effici?nt meer is, wordt het voor-spanniveau zoveel mogelijk beperkt.Hulpmiddelen daarbij zijn een snavel-constructie, verbonden met het beginvan de schuifurug, om het uitkragings-moment te beperken en hulpsteunpun-ten tussen de definitieve pijlers om deoverspanning tijdens het verschuiven teverkleinen. Na het verschuiven van debrug wordt een effici?nte voorspanningvoor de gebruiksfase aangebracht: decontinu?teitsvoorspanning, bestaandeuit golfvormige voorspankabels Invooraf uitgespaarde kanalen.Verbeteren van de kwalite?t- Doordat er geen omhullingsbuizen inhet lijfaanwezig zijn, is dit beter toe-gankelijk en wordt het betonnereneenvoudiger.- De voorspankabels zijn beter contro-leerbaar en repareerbaar. Bij gegroutekabels bestaatdaardoorweinig ofgeengevaar voor niet volledig gegroute ka-nalen. Er kan ook gebruikworden ge-maakt van kabels die worden be-schermd door vet ofwas. Het betreftdan een geheel fabrieksmatige kabelvan hoge kwaliteit, die volledig ge-scheiden van het betonwerk kan wor-den aangebracht.- De kabels zijn vervangbaar indiendaar bij de keuze van het kabel- enverankeringsrype rekening meewordtgehouden. Dit verhoogt de levens-duur van de constructie.- De voorspankrachten zijn controleer-baar en achterafbij te stellen door devoorspankabels na te spannen. Dit isechter wel afhankelijk van het toege-paste kabel- en verankeringstype.- De kabels hebben een eenvoudigerverloop. De uitvoering wordt daar-door eenvoudiger en ookzal daardoorhet wrijvingsverlies tijdens het span-nen kleiner zijn. Dat wordt nog eensversterkt doordat er geen Wobble-ef-fect optreedt, waardoor bovendien inde gebruiksfase geen ongewenstekrommingsdrukken optreden.Deze voordelen zijn echter afhanke-lijk van het gekozen verloop van dekabels.Alternatief ontwerp voor de Zee-burgerbrugOm de haalbaarheid van uitwendigevoorspanning te onderzoeken is vooreen bestaande Nederlandse schuifhrugeen alternatiefontwerp met uitwendigevoorspanning gemaakt. Hiermee is detechnische haalbaarheid onderzocht endoor het ontwerp vervolgens te vergelij-ken met de bestaande brug, kon een uit-spraak over de economische haalbaar-heid worden gedaan.Er is een alternatief ontwerp gemaaktvan de meest recent in Nederland ge-bouwde schuifurug: de Zeeburgerbrugin Amsterdam. Deze overspant achter-opgenomen, wordt het afschuif-draagvermogen ter plaatse van de om-hullingsbuizen niet beperkt. Daardoorkunnen de lijven dunnerworden, waar-door het eigen gewicht van de brug af-neemt (fig. 1). Dit leidt tot minder betonen wapeningsstaal en tot een lichterefundering. Vooral in de Verenigde Sta- L - - - -'ten is dit de belangrijkstereden voor het eenvolgens hetAmsterdam-Rijnkanaal,t~epassen van uitwendige voorspan- het Nieuwe Diep, de Diemerzeedijk enmng. het IJ-meer. De totale brug is 1184 mlang en bestaat uit twee gedeelten:- de overspanning van het Amsterdam-Rijnkanaal;- de overspanning van het NieuweDiep, de Diemerzeedijk en het IJ-meer.Voor de overspanning van het Amster-dam-Rijnkanaal IS een uitbouwbrugtoegepast, voor de resterende 864 meenschuifurug. Voor dit laatste gedeelte iseen alternatiefontwerp met uitwendigevoorspanning gemaakt.Het schuifgedeelte bestaat uit 14 over-spanningen van 58,15 m en ??n over-spanning van 50 m. Dit laatste veld isstatisch bepaald en niet in het alterna-tieve ontwerp meegenomen; de lengtevan het alternatieve brugontwerp be-draagt dus 814 m. Het dwarsprofiel vande brug bestaat uit twee naast elkaar lig-gende twee-cellige kokerliggers, elk cir-ca 20 m breed.Cement 1993 nr. 12 47L-_~__~__~__I_O_ND~_E_RZO__E~K~ ~_IVOORSPANNINGgroep 16 5-,, , ,,4...... , ,3 2--------------------29mgroep 2-----------------" , ,,, , , ,... _----~groep 3 /:.;..............._ ...... ,--------------------- -----~O.SF?,, ,F1O.SF?O.SF?F1O.SF?,, , , ,, ............O.5F F? 1-~----1.. verschuivingsrichting2 Kabelverloop bij alternatiefontwerp lllet reactiekrachten in de gehruiksfase- - - schuiffase-- gehruiksfaseKabelsysteem 3Dit systeem is een combinatie van ka-belsystemen 1 en 2. De helftvanhetaan'-tal kabels wordt in dit alternatiefal voorhet verschuiven van de brug definitiefaangebracht (kabelsysteem 2). De ande-re helft wordt zodanig aangebracht dateen centrische voorspanning ontstaat.Na het verschuiven van de brug wordthet verloop van laatstgenoemde kabelsaangepast om het gewenste verloop inde gebruiksfase te verkrijgen. Het ver-anderen van het kabelverloop zonderdekabels te verwijderenkomt overeen metkabelsysteem 1.Op basis van zowel techtiische als eco-nomischecriteria is voor kabelsysteem 3gekozen.Kabelverloopbij het alternatieveontwerpHet alternatieve ontwerp bestaat even-als de huidige Zeeburgerbrug uit eentwee-cellige koker, uitgevoerd in betonB 45. Het meest afwijkende onderdeelvanhetalternatieve ontwerp is hetvoor~spansysteem.Figuur 2 toont een langsdoorsnede vande brugconstructie (lengteschaal onge-lijk aan hoogteschaal). De moten zijngenummerd 1 tot en met 6. Een mootbegint met een dwarsschot (in de figuurgearceerd). Deze dwarsschottenwordentegelijk met de moot gestort. Door48slechts ??n dwarsschot aan te brengen,kan er gemakkelijk worden ontkist.Dein de figuur gestippelde dwarsschot-ten zijn na het verschuiven van de brugboven de steunpunten gesitueerd. Dezeworden gestort voordat de moot deschuifbaanverlaat, maar niet tegelijker-tijd met het storten van de moot, omdatdan geen gebruik kan worden gemaaktvan eengeavanceerde bekistingvoor hetstorten van de moot.De uitwendige voorspankabels zijn infiguur 2 in drie groepen weergegeven.Zij hebben een lengte van drie moten,dat wil zeggen circa 90 m (de bolletjesgeven het begin en eind van een kabelaan).Het kabelverloop voor de schuifJase isdoor de onderbroken lijn weergegeven.In de figuur is te zien dat de hellingenvan twee kabels steeds tegengesteld aanelkaar zijn. Daardoor ontstaan ten ge~volgevan de voorspanning geen resulte-rende krachten op de brugconstructie.Alle krachten die door een kabel wor-den veroorzaakt, worden gebalanceerddoor krachten van een andere kabel: devoorspanning is centrisch.Doordat om uitvoeringstechnische re-denen de deviatorconstructies van tweevoorspankabels die elkaar balancerenniet exact boven elkaar kunnen wordenaangebracht en doordat de krachten inde kabels door verschillende wrijvings-verliezen niet gelijk zijn, wordt de cen-trische voorspanning niet voor 100% ge-realiseerd. De kleine verticale krachtendie tijdens het verschuiven van de brug-constructie door de voorspanning wor-den uitgeoefend, zijn in de berekeningmeegenomen.Hetverloop van de kabels in degebruiks-fase is in figuur 2 met een doorgaandelijn aangegeven. Er ontstaan nu welkrachten op de brugconstructie ten ge-volge van de voorspanning: opwaarts indeveldenen neerwaartsboven de steun-punten (ter plaatse van de gestippeldedwarsschotten). Door de onderbrokenen de doorgaande lijn te vergelijken,wordt duidelijk dat er twee soorten ka-bels zijn:- kabels die in de gebruiksfase hetzelfdeverloop hebben als in de schuiffase. Dedoorgaande en de onderbroken lijnvallen samen. Dezekabels worden dusdirect al in hun definitieve verloopaangebracht;- kabels waarvan het verloop op tweeplaatsen moet worden aangepast. Datwilzeggen dat de onderbrokenlijnhetverloop krijgt van de doorgaande lijndoor het verplaatsen van twee buig-punten. Omdat de kabellengte in degebruiksfase even groot is als in debouwfase, zouden de kabels in ge-spannen toestand verschoven kunnenworden. De handelingen die daarbijCement 1993 nr. 123 Inwendige hefboomsarm bij inwendige en uitwendige v()()rspankabelsmoeten worden verricht zijn echterdusdamg gecompliceerd, dat na over~leg met de VVN (Veremging vanVoorspanbedrijven in Nederland) isbesloten de kabels v??r het verplaat-seh te ontspannen, daarna om te leg- f,-~~~-~~~~~~~~~-~~~~-~~~~~-~~~~~--lgen eh vervolgens opmeuw te span-nen. Dat zalwaarschijnlijk goedkoperzijn dan hetverschuiveh van de kabels I-,..~-~~-~-~~-~--~-~--~-~---~~~---~ih gespannen toestand.Tabel 2Bijdrage vo()rspan- en betonstaal aan bezwijkmoment in gebruiksfaseTabel!Langswapening alternatiefontwerpbruiksfase (58,15 m). Als gevolg Van degrote overspanning ontstaat aan devoorzijde van de kokerconstructie een"groot uitkragingsmoment. Dit kanvol-doende worden beperkt door een langeen stijve snavelconstructie toe te passen.Een vollewandligger, zoals bij de huidi-ge Zeeburgerbrug is toegepast, bleekniet mogelijk te zijn. Bij het alternatieveontwerp iseeh vakwerkconstructie toe-gepast met een lengte van 36 m en eenconstructiehoogtedievarieertvan 2,0 mtot 5,5 m.- Uitwendige voorspanmng heeft alsnadeel dat het nauwelijks een extra bij-drage levert aan het bezwijkmoment.De rek in het voorspanstaal zal zich im-mers over de gehele kabel ofeen grootgedeelte ervan verdelen, waardoor despanmngstoename kleih zal zijn. DelengteWaaroverde rekwordt verdeeld isafhankelijk van de vrije lengte van devoorspankabel. Deze kan vari?ren dooreen kabel ter plaatse van de deviators aldan met in te storten.Bij de berekening van het alternatieveontwerp is aangenomen dat er tijdenshet bezwijken geen spanmngstoenamein het voorspanstaal optreedt (Lla = 0N/mm2). Het voorspanstaal fungeertdus niet als weerstandbiedend element.Het vereiste bezwijkmomentkon in hetalternatieve ontwerpdoorhettoepassenvan extra zachtstaalwapening wordengerealiseerd.55454852bijdrage in %plaatsgehele bruglengteveldmidden; lengte 21,6 mgehele bruglengtesteunpunten; lengte 14,3 m- De uitwendige voorspankabels heb-ben geen scheurverdelende werking enleveren geen bijdrage aan de beperkingvan de scheurwijdte. Ook om deze re-den is in het alternatieve ontwerp extrabetonstaal aangebracht. Hierbij moetechter worden opgemerkt, dat descheurwijdte-eisen ten aanzien van uit-wendige voorspahning minder strengzijn dan voor voorspanmng met aan-hechting.De betonstaalwapening die is aange-bracht om aan de eisen ten aanzien vande bezwijkveiligheid en de scheurwijdtete voldoen is in tabel 1 weergegeven. Inde gebruiksfase bleek extra wapeningbenodigd te zijn boven de steunpuntenen in de veldmiddens. In de tabel is tezien dat er zowel in de schuif-als de ge-bruiksfase meer langswapening beno-digd is dan de bij de huidige Zeeburger-brug toegepaste praktische wapening(012-200).In tabel 2 is de bijdrage van het voor-span- respectievelijk wapemngsstaalaan het bezwijkmoment weergegeven.Uit de tabel blijktdat het betonstaal eenaanzienlijk deel, 45 ? 52%, van het totalebezwijkmoment levert. Hierbij moetwel worden opgemerkt dat de verticalevoorspanbelasting is verwerkt in de re-kenwaarde van het buigend moment(evenwichtsbelastingsmethode). De bij-drage van het voorspanstaal aan de be-zwijkveiligheid van de doorsneden isdaardoor eigenlijk groter.42881468577390459565bijdrage Mu (kg m)wapening012-150bijgelegd 0 16-300012-175bijgelegd 0 16-350onderflensbovenflensveldvoorspanningbetonstaalsteunpuntvoorspanningbetonstaalTechnische haalbaarheidDe meeste problemen en nadelen be-treffende de toepassing van uitwendigevoorspanning die in de literatuurstudienaar voren kwamen zijn onderzocht ener zijn oplossingeh voor aangedragen.Hieronder wordt de techmsche haal-baarheid van uitwendige voorspanningin Nederlandse schuifbruggen aan dehand vanhet ontworpenalternatieftoe-gelicht. Hierbij worden tevens enkeleverschillen tussen een uit- en ihwendigvoorspansysteem aangegeven.- Doordat geen gebruik wordt gemaaktvan hulpsteunpunten is de overspan-ning tijdens hetverschuivenvan de brugeven groot als de overspanning in de ge-In het alternatieve ontwerp zijh in ??ndoorsnede 21 geknikte (dus zeven maalde getekende kabels in figuur 2) eh tweehorizontale kabels in de zwaartelijn vande constructie aangebracht (deze zijnniet in figuur 2 aangegeven).~ Het bleek goed mogelijk te zijn de inde bouwfase benodigde voorspanningte combineren met de gewenste voor-spanmngin de gebruiksfase, ondanksdekleinere hefboomsarm vah uitwendigekabels ten opzichte van de normaal toe-gepaste inwendige kabels (fig. 3J.Uit figuur 2 blijkt datde schuifbaan eenwat grotere lengte heeft dan normaal:vier moten (circa 120 m). Ditwordtver-oorzaakt doordat de moten volledigvoorgespannen moeten zijn voordat zevan de schuifbaan kunnen worden ge-schoven. Indien in figuur 2 moot 3 ophet punt staat van de schuifbaante wor-den geschoven, moet de kabel die begintin moot 3 en eindigt in moot 6, gespan-nen zijn. De schuifbaan heeft daardooreen lengte van vier moten.Opgemerkt wordt dat ook een alterna-tief is onderzocht voor het geval eenschuifbaan met een lengte van 120 mmet mogelijk is ofdusdamg duur is dattoepassihg van uitwendige voorspan-ning met meer rendabel is. De langeschuifbaan wordt dan vervangen dooreen kortere, in combinatie met eenhulpsteunpunt in de eerste overspan-mng.Cement 1993 nt. 12 49L....,.. ~ I_O_ND__E~RZ~_O_E_K~ -IVOORSPANNINGLlasd = rekenwaarde voor de maximaal optredende spanningswisseling inhet betonstaal.Llasu (108) = vermoeiingsgrens bij 108wisselingen.Llasd (N/mm2) Llasu (108) (N/mm2)langswapening veld 4,51 116steunpunt 31,84 116beugelwapening steunpunt 24,5 93Tabel 3Beugelwapening alternatiefontwerpTabel 4Verm.oeiingscontrole betonstaal m.et de VBB 1990plaatssteunpunten; lengte 6,2 moverige bruglengtesteunpunten; lengte 6,2 moverige bruglengte016-150016-200020-150020-195wapeningrniddenwandzijwanden- De uitwendige voorspankrachten ba-lanceren de verticale belasting op debrug minder goed dan de reactie-krachten van inwendige voorspanka-bels. De inwendig aangebrachte voor-spankabels benaderenimmers betereenparabolisch verloop. De dwarskrachtenzullen om deze reden toenemen, echterdoor het lagere eigen gewicht van debrug met uitwendige voorspanning zijnde maxiJnaal optredende dwarskrach-ten in het alternatieve ontwerp onge-veereven groot als de dwarskrachtendiezijn berekend bij de huidigeZeeburger-brug. In tabel 3 is de benodigde dwars-krachtwapening voor het alternatieveontwerpweergegeven. Naastdeinde ta-bel aangegeven beugelwapening zijn inde onder- en bovenflens trekbandenaangebracht.4 Kostenvergelijking huidige Zeeburgerbrug en alternatiefontwerpkostenposten~beton? voorspanninglil wapeningBI hulp$t8UnpuntenllIIll snavelconstructie[] verschuiven11I toesl8(lenaItematlef ontwerPhuidlgeZ$8burgerbrugokosten (11.)4000 0002000 0006000 0008000 00012000 00014000 00010000 000- Door de afgenomen verhouding tus-sen de permanente en de nuttige belas-ting bij het alternatieve ontwerp metuitwendige voorspanning zou vermoei-ing een probleem kunnen zijn. Wat devermoeiing van de voorspankabels be-treft staat tegenover de afgenomen ver-houding echter de geringe spannings-toename ten gevolge van variabele be-lasting. Doordat een 'plaatselijke' rek-verandering zichverdeelt over de gehelevoorspankabel, zal immers de span-ningsverandering zeer gering zijn. Nacontrole van de vermoeiing van betol'l,wapenings- en voorspanstaal bleek ver-moeiing geen probleem te zijn. Er werdruimschoots aan de gestelde eisen vol-daan (in langsrichting). In tabel 4 zijnenkele vermoeiingscontroles van hetbetonstaal weergegeven.Voor het beton is het aantal belastings- I---~--------~~--~---~--~-----~-~-----lwisselingen ni = 108. Volgens de VEB ishet toelaatbare aantal N; = 7,8 . 102?.- Doordat de kabels vrij hangen, zijn zegevoeligervoor trillingen. Hierdoorzoude kabel ten gevolge van vermoeiing terplaatse van de verankeringen kunnenbreken. De trillingen zijn eenvoudig te-gen te gaan door de eigenfrequentie vande voorspankabels voldoende groter temaken dan die van de brug, bijvoor-beeld 10 maal. Dit is bereikt door devoorspankabel op regelmatige afstan-den aan de betonconstructie te fIxeren.De eigenfrequentievandebrug metuit-wendige voorspanning bedraagt 3,1 Hz.De eigenfrequentie van de voorspanka-bels blijkt voldoende groot indien devrije lengte van de kabels wordt beperkttot circa 5 m.- Bij een defect aan een uitwendigevoorspankabelwordt deze overdegehe-le lengte spanningsloos, waardoor debrugconstructie gevoeliger is voor pro-gressive collapse. Uit berekening bleekde brug hier echter voldoende weer-stand tegen te bieden.- Als gevolgvan rekverschillen tussen debetonconstructie en het voorspanstaalverplaatst devoorspankabel zich overdedeviators. Dit kan wrijvingsslijtage enwrijvingsvermoeiing veroorzaken.Door het kiezen van dejuiste combina-tie van omhullingsbuis en injectiemate-riaal kunnen de gevolgen van het ver-schuiven van de kabels over de deviatorsvoldoende worden beperkt. Indien vaneen zacht injectiemateriaal gebruikwordt gemaakt, bijvoorbeeld vet ofwas,is het verstandiger om van een meerslijtvaste stalen omhullingsbuis gebruikte maken dan van een kunststofHDPE-buis. Vanwege de hoge contactdruk ishet toepassen van een geribde stalenomhullingsbuis niet toegestaan [4].- Doordat de voorspankabels buiten deconstrnctie zijn aangebracht, zijn ze ge-voeligervoor sabotage, brand, beschadi-gingenvandalisme.Eenkokerconstruc-tie is echter gemakkelijk afsluitbaar,waardoor de toepassingvan uitwendige. voorspanning zeker niet gevaarlijker isdan het gebruik van tuikabels bij tui-bruggen.Economische haalbaarheidOm een uitspraak over de economischehaalbaarheid van uitwendige voorspan-ning te kunnen doen, zijn de kosten vanhet alternatieve ontwerp en de huidigeZeeburgerbrug met elkaar vergeleken.De ruwbouwkosten van beide bruggenzijn in fIguur 4 weergegeven. De ruw-bouwkosten van het alternatieve ont-werp zijn aanzienlijk lager dan die vande huidige Zeeburgerbrug.50 Cement 1993 nr. 125 Afmetingen huidige Zeeburgerbrug en alternatiefontwerpLiteratuur1. Vermeulen, G.P.c., Uitwendige voor-spanning in schuifbruggen. Afstudeer-rapport TU Delft, 1993.2. Leonhardt, F. et al., Br?cke ?ber denRio Caroni, Venezuela. Beton- undStahlbetonbau 1966, nr. 2.3. Capitanio, S., The Ring Taksin bridgein Bangkok. L'Industria Italiana del Ce-mento, sept. 1985.4. Eurocode 2 - Part 1D, Prestressingwith unbonded tendons. Concept-ver-sie, mei 1992.Uitde kostenvergelijking tussen de hui-dige Zeeburgerbrug en het alternatieveontwerp met uitwendige voorspanningblijkt dat ten aanzien van de ruwbouwvan de bovenbouw van de kokercon-structie de toepassing van uitwendigevoorspanning kan leiden tot een kosten-besparing van 10,6 tot 16,3%, afhanke-lijk van de berekening van de toeslag-kosten. De totale kosten van het schuif-gedeelte van het projectZeeburgerbrugkunnen daardoor met 6,0 tot 9,3% wor-den gereduceerd.Naast bovengenoemde voordelen leidthet toepassenvan uitwendigevoorspan-ning in schuifbruggen tot extra kosten-besparingen doordat de voorspanningin de schuiffase beter te combineren ismetde voorspanning in de gebruiksfase.De belangrijkste conclusie van het on-derzoek luidt tenslotte dat uitwendigevoorspanning in schuifbruggen in Ne-derland technisch haalbaar en econo-misch aantrekkelijk is.ConclusieZoals aanhetbeginvandit artikel is aan-gegeven, zijn in het buitenland de be-langrijkste redenen voor de toepassingvan uitwendige voorspanning het reali-seren van een lager eigengewicht en hetverbeteren van de kwaliteit. Bij het ge-bruik van uitwendige voorspanning ineen Nederlandse schuifbrug zijn dezevoordelen ook aanwezig.den deze kosten berekend als percenta-ge van het verrekenbare deel van deruwbouwkosten. Dit is echter in dit ge-val discutabel: waarom zouden de kos-ten yan energie bij het alternatieve ont-werp lager zijn dan bij de huidige Zee-burgerbrug? Daarom zijn zowel de toe-slagbedragen als de toeslagpercentagesin de kostenvergelijking eenmaal gelijkgenomen. De werkelijke toeslagkostenvan het alternatieve ontwerp liggenwaarschijnlijk tussen deze uiterstewaarden. In figuur 4 zijn de toeslagkos-ten weergegeven die berekend zijn meteen gelijk toeslagpercentage.- Een kleinere bijdrage aande kostenbe-sparing wordt geleverd door de vermin-derde voorspankosten. Hoewel de uit-wendige voorspankabels per meter ka-bel duurder zijn dan de continu?~teitskabels van de huidige Zeeburger-brug (de helft van het aantal uitwendigekabels moet op twee punten wordenverplaatst), treedt ten aanzien van devoorspanning toch een kostenvoordeelop door het ontbrekenvande centrischevoorspanstaven die bij de huidige Zee-burgerbrug zijn toegepast. Het effici?n-ter gebruiken van de voorspanning leidtdus tot een besparing van de hoeveel-heid voorspanstaal en daardoor tot lage-re voorspankosten.- Naast de kosten die in de kostenverge-lijking zijn meegenomen, kan ten aan-zien van de onderstaande werkzaamhe~den ook een kostenverlaging wordengerealiseerd als gevolg van een lager ei~gengewicht. Dezezijnnietin de kosten-vergelijking opgenomen omdat degrootte ervan moeilijk te bepalen ensterk situatie-gebonden is:~ lagere fnnderingskosten;- lagere verschuivingskosten doordatmet een kleinere duwinstallatie kanworden volstaan;- lichtere opleggingen.In figuur 4 geeft het bovenste blokje detoeslagkosten op de totale ruwbouw-kostenweer. Ditzijndekostenvanener-gie, transport, opslag enz. Meestal wor-Extra kosten die de toepassing van uit-wendige voorspanning met zich mee~brengt, worden veroorzaakt door:- meerkosten van de snavelconstructie.Omhet uitkragingsmoment tebeper-ken is een grote snavelconstructie no-dig. In de ontworpen snavelcon-structie is ruim tweemaal zoveel ma~teriaal gebruikt dan in die van de hui-dige Zeeburgerbrug. Het kostenaan~deel van de snavelconstructie in de to-tale kosten van de ruwbouw is echtergering (fig. 4},- toepassing van meer wapeningsstaalom aan de eisen ten aanzien van be-zwijkve?ligheid en scheurwijdte tevoldoen.Bovendien kunnen extra kosten nood-zakelijk zijn door de langere schuifbaan(120 m).0IId8flIlIeI~ W8l1den? ondIIrIIena? vouten11 cMarnchoIl&n[] boWnIIenam3betonhuidige Zeeburl/fM'bnJg1400013000120001100010000900080007000600050004000300020001000o6 Benodigde m 3beton huidigeZeeburgerbrug en alternatiefontwerp- Aan hetbeginvan ditartikel is weerge-ven dat door toepassing van uitwendigevoorspanning het eigen gewicht van debrugconstructie kan worden geredu-ceerd. Dit is ook het geval bij het alter-natieve ontwerp voor de Zeeburger-brug. In figuur 5 zijn beide kokerdoor-sneden weergegeven. Hieruit is te ziendatdebrugdoorsnedeinhetalternatieveontwerp slanker is, waardoor 18% min-der beton nodig is. Deze besparingwordt veroorzaakt door (fig. 5 en 6}.- dunnere kokerwanden omdater geenkabels in behoeven te worden aange-bracht:- dunnere onderflens omdat geen reke-ningbehoeft tewordengehouden metverankeringen van de centrischevoorspanstaven;- kleinere bovenvouten omdat daaringeen continuteitskabels behoeven tewordenverankerdzoals datbij de hui-dige Zeeburgerbrug wel het geval is.Er is echter wel meer betonin de dwars-schotten toegepast doordat deze groterin aantal en afmeting zijn.- Het grootste aandeel in de kostenbe-sparing is het gevolg van het vervallenvan de hulpsteunpunten. Hierdoorworden bovendien de kosten van hetverschuivenvan de brug verlaagd, door-datop de pijlers minderpersoneelbeno~digd is. Bij elke pijler zijn immers tweemensen nodig om glijplaten tussen brugen pijler te steken.Cement 1993 nr. 12 51