themaVeelvlakkige portalen8201042themaVeelvlakkigeportalenDe Noord/Zuidlijn en deNieuwe Leeuwarderwegworden bij Station Buikslo-termeerplein bovengrondsgedragen door 28 beton-nen portalen. De enginee-ring was uiterst complex.Juist om schijnzekerheid tevoorkomen, is gekozenvoor een onder- en boven-grensbenadering.1Complexe berekening Station BuikslotermeerpleinVeelvlakkige portalen 82010 433 Zowel de doorsnede van de kolommenals die van de liggers verloopt in breedteen hoogte`Buikslotermeerplein', het noordelijke eindstation van de Noord/Zuidlijn, is straks het grootste station in Amsterdam-Noord. Deconstructie is 230 m lang en bestaat uit twee naast elkaargelegen viaducten (fig. 2). Daarop komt niet alleen de Noord/Zuidlijn maar ook de Nieuwe Leeuwarderweg. Tussen deviaducten komt het perron, overkapt met een eenvoudige staal-constructie. Eronder komt de stationshal. Er zijn drie niveaus:niveau 0 (maaiveld, NAP -3,50 m), niveau 1 (NAP) en niveau 2(NAP +6,15 m, niveau Noord/Zuidlijn en Nieuwe Leeuwarder-weg). Niveau 1 is bestemd voor de toekomstige kruising met deIJdoornlaan en de inpassing van het busstation.Complicerende factor was dat nog niet alles van de omgevingbekend was toen de portalen ontworpen werden. Daarom iseen aantal eenvoudige constructieve `voorinvesteringen' gedaanwaardoor er ruimte is voor toekomstige ontwikkelingen. Datzijn een eventuele grote overkapping over het perron, een aante leggen geluidscherm op het westelijke viaduct en de kruisingmet de te verleggen IJdoornlaan, inclusief een busstation enstationshal. Voor die toekomstige taak zijn de veertien noorde-lijke portalen voorzien van verzwaarde kolommen, een sterkerefundering en extra wapeningsstaal.ComplexDe 28 portalen zijn circa 10 m hoog en 20 m breed. De archi-tect ontwikkelde een veelvlakkige draagstructuur als onderdeelvan zijn ontwerp voor station Buikslotermeerplein. Aan eenzijde van de portalen lopen de kolommen schuin, aan deandere zijde recht. Zowel de doorsnede van de kolommen alsdie van de liggers verloopt in breedte en hoogte (foto 3). Ditmaakte de constructieve uitwerking tot een complexe opgave.De uiteindelijke krachtsverdeling wordt bepaald door eenaantal factoren die in grootte vari?ren. Zo heeft de stijfheid vande ondergrond een bepaalde spreiding. Dat geldt ook voor destijfheid van de constructie: die varieert tussen de delen die welof niet gescheurd zijn berekend.ing. Ally Altman, Jerry Roos ening. Erwin HorstenIngenieursbureau Amsterdam1 Schuine kolommen met oplegnokkenfoto: Luuk Kramer2 De constructie bestaat uit twee naastelkaar gelegen viaducten23themaVeelvlakkige portalen8201044glijopleggingelementen inkolom metscheurvormingglijopleggingBerekeningswijzeDoor de statische onbepaaldheid van de inklemmingsvariant isde krachtsverdeling afhankelijk van de stijfheidverhoudingen.Deze bestaan uit de stijfheid van de betonconstructie en dievan de fundering. De stijfheid van de constructie wordtbepaald door de vorm van de doorsnede en het al dan nietgescheurd zijn van het beton. De stijfheid van de funderingwordt be?nvloed door die van de palen, de koppeling tussenpaal en funderingspoer (scharnier of inklemming, beide geval-len zijn doorgerekend) en de grondparameters. De berekenin-gen zijn uitgevoerd met een hoge en een lage waarde voor dehorizontale beddingconstanten van de grond. Hoewel dezepunten leiden tot een niet-lineair constructiegedrag ? metname scheurvorming en plastisch gedrag van de grond ? iservoor gekozen de hoofdconstructie lineair uit te rekenen. Hetportaal is als raamwerk berekend, de fundering is daarbij inge-voerd als een aantal veren.Onder- en bovengrensDe oplegreacties uit de raamwerkberekening zijn als belastingin een paalfunderingprogramma ingevoerd. Hierin zijn even-eens het palenplan en de hoge en lage waarden voor debeddingconstanten van de grond ingevoerd. Aan de hand vanverplaatsingen en rotaties is vervolgens de resulterende veer-stijfheid van de fundering bepaald. De bepaalde veren zijn weerin de raamwerkberekening ingevoerd, net zolang totdat de uithet paalfunderingprogramma berekende veerstijfheidvoldoende overeenkwam met de in de raamwerkberekeninggebruikte waarden. Op deze manier is er een onder- en boven-grens bepaald voor de veerstijfheden van de fundering.De funderingsberekeningen zijn gemaakt met het programmapaalF, dat het plastisch gedrag van de grond verwerkt. Diegrond wordt in de raamwerkberekening geschematiseerd toteen lineaire veer, waarvan de veerstijfheid overeenkomt met detangentwaarde van de niet-lineaire veer in het werkpunt. Opovereenkomstige wijze is de scheurvorming in de constructiebenaderd:? bereken het portaal ongescheurd;? bepaal waar het scheurmoment overschreden wordt;? reduceer voor de gescheurde elementen de stijfheid;? bereken de constructie opnieuw.Het maken van een aantal zeer gedetailleerde berekeningen legtde gevoeligheid van de constructie onvoldoende vast en zoueen schijnzekerheid in de resultaten tot gevolg hebben. Daaromis voor de krachtsverdeling in de portalen gekozen voor eenonder- en bovengrensbenadering. Daarvoor zijn twee modellentoegepast: `inklemming' en `scharnier'.ModellenIn model `inklemming' is de schuine kolom van het portaalingeklemd in de fundering en is de ligger glijdend opgelegd opde rechte kolom (fig. 4a). De constructie is statisch onbepaald:de krachtsverdeling is dus afhankelijk van de onderlinge stijf-heidverhoudingen van de bovenbouw en de mate van inklem-ming in de fundering. Het model geeft de maximale waardevoor het moment bij de voet van de schuine kolom en gene-reert een krachtsverdeling in de bovenbouw afhankelijk van demate van inklemming in de fundering.In model `scharnier' is de inklemming van de schuine kolom inde fundering vervangen door een scharnierende verbinding(fig. 4b). Deze situatie is statisch bepaald, waardoor de onder-linge stijfheidverhoudingen van de bovenbouw geen invloedmeer hebben op de krachtsverdeling in de portalen. Dit modelgeeft een maximaal veldmoment in de ligger.Betrokkenheid IBA bij Noord/ZuidlijnAl sinds de start van het project in 1994 is IngenieursbureauAmsterdam (IBA) betrokken bij de Noord/Zuidlijn. IBA is actief opdrie deelprojecten; het noordelijke en zuidelijke deel van hettraject en alle tijdelijke maatregelen langs het gehele trac? vande Noord/Zuidlijn. IBA is voor het noordelijke deel verantwoor-delijk voor de bouw van twee stations, een stuk tunnel en deaanleg van een aantal viaducten. Een clusteropdracht die IBAvolgens planning gaat opleveren in 2011. Ook de realisatie vanhet zuidelijk deel van de Noord/Zuidlijn loopt op schema. Eind2010 moet 90 tot 95% van de ruwbouw van het zuidelijke deelzijn voltooid.4a 4bVeelvlakkige portalen 82010 45Mrep = 14612kNmMrep = 4930kNmMrep = 4930kNmMrep = 18864kNmscharnierinklemming4 Model inklemming (a) enmodel scharnier (b)5 De omhullenden van demomentenlijnen uit deverschillende modellenlineaire effecten is goed te bepalen. Hierdoor ontstaat een beterinzicht in de gevoeligheden van de constructie.In figuur 5 zijn de omhullenden van de momentenlijnen uit deverschillende modellen weergegeven.UitvoeringDe portalen zijn in twee soorten te verdelen: `standaard' en`verzwaard'. Die laatste groep is voorzien van oplegnokken.Deze zijn gemaakt door de onderste 3 m van de portalenverzwaard uit te voeren. Op deze nokken kunnen in detoekomst betonnen platen worden gelegd voor de aanleg vaneen busstation, de verlegde IJdoornlaan en verblijfsgebied. Defundering van de standaardportalen bestaat uit geprefabri-ceerde betonnen palen 450 x 450 mm2met een lengte van circa16,5 m met daarop een 1,5 m hoge betonnen poer. De betonpa-len hebben een kopwapening van 8 ?25. Onder de voet van deverzwaarde portalen staan stalen funderingspalen met eendiameter van 560 mm2 en een lengte van circa 17 m. De stalenbuispalen hebben een gesloten voet en zijn gevuld met verdichtzand. De bovenste 3,5 m is gevuld met beton en heeft eenkopwapening van 8 ?32.WapeningsdichtheidDe slankheid van de schuine kolommen in combinatie met degrote belastingen leidt tot een grote wapeningsdichtheid. Die isdusdanig hoog dat een standaard uitvoering niet mogelijk was.Wapeningsstekken zouden uit de poer moeten steken envervolgens zou de wapening van de kolom met overlappinglas-sen op de poer moeten worden aangebracht. In plaats daarvanValideringIn de berekening is een aantal aannamen gedaan met betrek-king tot de verschillende stijfheden. Dit zijn conservatieveaannamen zodat het zeker is dat de werkelijke krachtsverdelinginderdaad tussen onder- en bovengrens ligt. Tijdens de uitvoe-ring zijn de horizontale verplaatsingen van de portaalliggersgemeten en vergeleken met de berekende waarden. Inderdaadlagen de werkelijke verplaatsingen binnen de berekendewaarden. Het gebruikte rekenmodel is daarmee gevalideerd.Herhalingsmetingen zijn gedurende de bouw regelmatig uitge-voerd. Tabel 1 geeft een samenvatting van de gemeten waardenop relevante tijdstippen te weten bij ontkisting van de portaal-ligger (plaatsing portaal) en na het aanbrengen van de dekkeninclusief de rustende belastingen. Gezamenlijk geeft dit eentotaal van circa 80 - 85 % van de totale belasting op deconstructie. De tabel geldt voor de reguliere portalen (zonderoplegnokken). De gemeten waarden zijn een gemiddelde vande ingemeten portalen.PortalenDe vormgeving van de portalen is nauwkeurig overgenomenuit het ontwerp van de architect. Deze specifieke, verlopendevormen be?nvloeden de stijfheidverhouding tussen kolom enligger, en daarmee de krachtsverdeling in het portaal. Een grootdeel van de belasting, zo'n 85 %, bestaat uit eigengewicht, zodatde scheurvorming vrijwel vast lag en er weinig onderzoeknodig was naar de mate van scheurvorming bij verschillendebelastingcombinaties. Door deze werkwijze was het verloopvan het rekenproces zeer overzichtelijk. Weliswaar vereist hetmeer `handwerk', maar de invloed van de afzonderlijke, niet-berekend berekend gemeten gemetenrekenmodelplaatsing portaal plaatsing dekkenincl. rustende belastingplaatsingportaalplaatsing dekkenincl. rustende belastingscharnier 18 33inklemming -hoge veerstijfheid9 16 10 22inklemming -lage veerstijfheid13 25Tabel 1 Berekende en gemeten horizontale verplaatsingen in mm van de portaalliggers zonder oplegnokken5themaVeelvlakkige portalen82010466 Voor de schuine kolommen is gekozen voor 10 m hoge,geprefabriceerde wapeningskooienBalkDe portaalbalk is ter plaatse van de schuine kolom momentvastverbonden en bij de kruiskolom glijdend opgelegd. Ook dezeverlopende balk is dermate slank dat het aanbrengen van debenodigde wapening uiterst lastig was. Om te onderzoeken ofalle benodigde wapening wel paste, zijn tijdens de engineering-fase 3D-modellen gemaakt. Daarbij bleek dat de standaardwa-peningsdiameters `uit de balk liepen' en niet passend te makenwaren. Uiteindelijk is gekozen voor wapeningsstaal ?63 ?bepaald niet standaard voor ter plaatse gestort beton. Dit bleekna veel passen en meten w?l geschikt. Deze staven konden nietworden gebogen in een gewone buigcentrale. Daarom is uitge-weken naar een scheepswerf waar dergelijke diameters nietbijzonder zijn. is voor de schuine kolommen gekozen voor 10 m hoge, gepre-fabriceerde wapeningskooien (foto 6). Na het aanbrengen vanhet onderwapeningsnet van de poeren is deze kooi op ditonderwapeningsnet gesteld. Vervolgens is de rest van de wape-ning van de poer gevlochten. Na voldoende verharding isvervolgens een stalen prefab bekisting rondom de wapenings-kooi geplaatst en kon de schuine kolom worden gestort. Bij deverzwaarde kolommen werd deze prefab bekisting in twee?ngedeeld. Eerst werd met een omhullende stalen bekisting hetonderste deel van de kolommen gemaakt. Daarbinnen werdenmet behulp van houten kisten de diverse verzwaringen uitge-kist. Na het storten van het onderste deel van de kolom werdvervolgens het tweede deel van de stalen kist aangebracht, netals bij de standaard kolommen. pRoJEctgEgEvEnsopdrachtgever Dienst Noord/Zuidlijnarchitect Benthem Crouwel Architectenengineering Ingenieursbureau Amsterdamaannemer BAM Civiel6