5 2018
vakblad over betonconstructies
5 2018
Dyckerhoff ?maakt er meer van.
Dyckerhoff,
Verkoopkantoor Nederland/Belgie
nl@dyckerhoff.com
www.dyckerhoff.nl
Waalbrug Ewijk (A 50)
Dyckerhoff Basal levert hoge sterkte beton C 90/105;
Dyckerhoff levert speciale cement VARIODUR 30
Fotos: Bart van Hoek
DyB Anz_Waalbrug Ewijk_225x297_lay.indd 1 15.03.17 10:33
vakblad over betonconstructies
70 jaar
Bestel het boek voor ? 19,95
Verzamelde columns over de bouwwereld
www.verbeeldingenwerkelijkheid.nl
werkelijkheid
Rob Nijsse bespreek\lt in zijn boek act\luele
k\festies in de bou\f\l. Op een directe en\l
ko\bische \banier daa\lgt hij je uit o\b op\l
een andere \banier n\laar vaak herkenbar\le
situaties te kijke\ln. In korte verhale\ln spreekt
hij zijn be\fonderin\lg uit over een aan\ltal
prachtige, eeu\fenou\lde bou\f\ferken, \baar \l
ook zijn verbazing\l en so\bs zelfs erge\lrnis
over hoe het er in\l de bou\f nu vaak aa\ln toe
gaat.
TEKTONIEK.NL
Kennis zit in mensen. Binnen het Tektoniek-netwerk
beschikken we over de kennis voor de beste architectuur
in beton. Daarbij gaat het altijd om de relatie tussen vorm -
geving, constructie en maakbaarheid. Met expertise op
het gebied van schoonbeton, constructieve optimalisaties,
productontwikkelingen en materiaalontwikkelingen.
Op de netwerkpagina van www.tektoniek.nl zijn de
juiste mensen te vinden. Misschien hoort u er ook bij?
Dat kan, het kennisnetwerk is groeiende.
TEKTONIEK
hoe maak ik de beste architectuur in beton?
Drents Museum Assen - designed by Erick van Egeraat - foto: J. Collingr\
idge
advertentie Tektoniek Cement 12016.indd 1 03-02-16 09:34
R
Verbeelding
Verbeelding
Verbeelding
Partners 1
Meer informatie over deze bedrijven en over het
partnerschap staat op www.cementonline.nl/partners .
partners
5 2018
Centraal overleg Bouwconstruc ties
fb Studievereniging b -N ederland
Cement wordt mede mogelijk gemaakt door onze partners
Cement is een platform van én voor constructeurs. Het platform legt
kennis vast over construeren met beton, en verspreidt deze onder
vakgenoten. Om het belang hiervan te onderstrepen kan een bedrijf
partner worden.
Een partner geniet een aantal voordelen, zoals een flinke korting op het
lidmaatschap, gratis vacatures plaatsen en meepraten over de inhoud van het
platform. Heb je ook interesse om partner te worden, neem dan contact op met
Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl.
2
18 Renovatie Nijkerkerbrug
Minimale hinder bij renovatie Nijkerkerbrug dank -
zij samenwerking tussen Rijkswaterstaat en markt -
partijen.
26 Onderzoek naar uiterste
draagcapaciteit
Door te rekenen met drukmembraanwerking in
brugconstructie Veerse Heuvel kon ingrijpen wor -
den voorkomen.
31 Sterkte? Welke sterkte?
Om verwarring over verschillende definities van
betonsterkte te voorkomen, is er meer communi -
catie nodig.
36 Stand van zaken breedplaat
vloeren
Lopende onderzoeken moeten meer duidelijkheid
geven over breedplatenproblematiek.
40 Toekomst CUR-Aanbevelingen
De CUR-Aanbevelingen zijn ondergebracht bij
CROW. Wat gaat de markt hiervan merken?
44 Scheurvorming door krimp
Invloed krimp en kruip op scheurvorming toege -
licht aan de hand van berekening.
49 Cement 70 jaar
Hoera! Begin 2019 mag Cement haar 70-jarig jubi -
leum vieren. Dat zullen we dan ook zeker doen!
50 70 jaar Cement : 1949-1965
In het kader van het aanstaande 70-jarig jubileum
heeft Dick Hordijk de beginperiode van Cement
(1949-1965) onder de loep genomen.
55 De digitale bouwplaats
Hoe zorg je ervoor dat begrippen als BIM en data
goed worden geïmplementeerd in de praktijk?
4-9
Koningin Elizabethzaal
Nieuwe concertzaal in Antwerpen zweeft
7 m boven de begane grond.
10-17
Boortunnel onder
het Suezkanaal
Voor de Ismaïliatunnel onder het Suezka -
naal is gekozen voor een combinatie van
een open bak, een cut-and-covertunnel
en een geboorde tunnel.
66-73
Het verschil maken
Als eindverantwoordelijke van Arup in
Nederland beoogt Sander den Blanken
iets te betekenen voor de maatschappij.
De bouw biedt daartoe volop kansen,
zeker in deze tijd.
1 Partners
74 Column
84 Service/online
84 Colofon
september 2018 / jaargang 70
inhoud
5 2018
Inhoud
3
76 De jonge constructeur
Coert Doomen vertelt over zijn rol bij de nieuw -
bouw van de Rietveld Academie in Amsterdam.
78 Rekenen in de praktijk 4
Rekenvoorbeeld toont diverse mogelijkheden
voor het spreiden van piekmomenten.
81 Dick voor Mekaar 4
Dick Hordijk bespreekt lekkages die kunnen optre -
den langs stekeinden bij aansluitingen van vloeren
op diepwanden.
Aandacht trekken! Het is dinsdag 14 augustus en ik heb het hoofd -
redactioneel voor dit nummer net af. Ik had iets geschreven over
beroepsfanaten die ook in hun vrije tijd hun vak niet los kunnen laten.
Mijn niet-aflatende aandacht voor scheuren in vloeren en tandopleggin -
gen, als ik in parkeergarages loop, gaf ik als voorbeeld. Maar dan komt
het nieuws van het instorten van de Morandi-brug in Genua. Die drama -
tische gebeurtenis trekt direct alle aandacht van de media en eigenlijk
iedereen in West-Europa. De telefoon staat bij ons op de TU roodgloei -
end. Wat is de oorzaak en kan het in Nederland ook gebeuren? Onze
betonnenbruggenspecialist, Cor van der Veen, heeft de pers te woord
gestaan.
Over de mogelijke oorzaak van het instorten kun je beschouwingen
houden en je kunt aangeven wat gevoelige punten zijn bij het toege -
paste ontwerp. Het blijft speculeren en om de werkelijke oorzaak te ken -
nen, zal nog veel onderzoek nodig zijn. Het heeft enorm de aandacht op
de staat en het onderhoud van de kunstwerken in het wegennetwerk in
Europa gevestigd. In de media verschijnen artikelen over aantallen brug -
gen in Italië, Frankrijk, België en Duitsland, die gevaarlijk zouden zijn of
op instorten staan. In Nederland is de situatie gelukkig veel beter. Dit laat
onverlet dat het niet slecht is dat dit resulteert in verhoogde aandacht
voor het onderhoud van de bruggen.
In de extra aandacht schuilt wel een risico, want niet-specialisten kunnen
zenuwachtig worden van scheuren in beton, terwijl wij, constructeurs,
weten dat het heel normaal is dat beton scheurt. Overigens, opdrachtge -
vers verwachten een prachtig mooi betonoppervlak en willen niets
weten van scheurvorming. Het beheersen van scheurvorming vormt
nog steeds een grote uitdaging voor de gemiddelde constructeur. Niet
voor niets dat we er in Cement zo vaak aandacht aan besteden, ook in dit
nummer weer. Daarnaast kunt u onder meer lezen over een zwevende
concertzaal en een boortunnel onder het Suezkanaal.
In de komende edities zullen we aandacht besteden aan het 70-jarig
bestaan van Cement , begin 2019. We doen dat door terug te kijken en
daarvoor heb ik eens door de edities van de periode 1949-1965 gesnuf -
feld.
Aandacht voor ons vakgebied is erg fijn, maar niet als het is door zo'n
tragische gebeurtenis als in Genua.
Dick Hordijk
Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl
Lijmwapening wordt geplaatst bij de Nijkerkerbrugfoto: Mourik, Eric Bakker
Redactioneel
5 2018
Inhoud
4
Concertzaal
zweeft 7 m boven
begane grond
Akoestiek bepalend voor prestigieuze Koningin Elisabethzaal
in hartje Antwerpen
1
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
5
congrescentrum
historische zalen
foyer zoo
entree
De Koningin Elisabethzaal maakt deel uit van een volwaardig
congrescentrum met de modernste faciliteiten: het Elisabeth
Center Antwerp. In het complex zijn de bestaande historische
zalen van de ZOO geïntegreerd (Marmeren Zaal, Wintertuin,
Darwin- en Verlatzaal) (fig. 2 en 3). Naast de nieuwe Koningin
Elisabethzaal kreeg het congrescentrum er twee grote zalen bij,
550 m ² op de begane grond en 450 m ² op de eerste verdieping.
Het complex heeft een totale oppervlakte van meer dan 25.000
m², 30 breakout-rooms en een capaciteit tot wel 2500 gasten.
Nieuwbouw
In de eerste concertzaal van de dierentuin genoten welgestelde
burgers vanaf 1897 van dansavonden en symfonieorkesten.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd het complex zwaar
beschadigd en in 1947 brandde het uit. Een tweede concertzaal
verrees in 1959. Deze zaal bood naar huidige standaarden
onvoldoende akoestische kwaliteit. Het was dus tijd voor
vernieuwing. Eerst is onderzocht of de bestaande zaal behou -
den kon blijven. Na formulering van de akoestische, logistieke
en financiële randvoorwaarden werd geconcludeerd dat nieuw -
bouw een betere optie was.
Kelderbak
Het gehele complex is voorzien van een eenlaagse kelderbak. Er
moest hiervoor rekening worden gehouden met een heel
uiteenlopende set aan randvoorwaarden, opgelegd vanwege de
nabijheid van bestaande, historisch waardevolle bebouwing ?
met onder meer verschillende aanzetdiepten van bestaande
fundering, ondergrondse parkeergarages, ondergrondse
Het Elisabeth Center Antwerp is prachtig gelegen aan
het Koningin Astridplein ? vlak naast het centraal
station en ZOO Antwerpen ? in het hart van Antwer -
pen. De locatie is al 120 jaar dé hotspot voor klassieke
muziek en is de vaste thuisbasis voor het wereldbe -
roemde Antwerp Symphony Orchestra. Constructieve
blikvanger is de nieuwe Koningin Elisabethzaal (foto 1).
Geert Wante
ABT België
Rudi Rooijakkers
ABT BV
1 De Koningin Elisabethzaal is de blikvanger van het Elisabeth Center Antwerp, foto: Jonas Verhulst2 Overzicht van het Elisabeth Center Antwerp
2
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
6
ZO O congrescentrum
Elisabethzaal
stalen verdiepingshoge spanten met technische installaties plafond met theatertechnieken
atrium
historische zalen zoo
entree foyer foyer
balkons als kniksteun
zijwanden voor stabiliteit
portiek
technische verdieping
met installaties
zolder met
theatertechniek
technische verdiepingmet installatieszolder mettheatertechniek
balkons als kniksteun
zijwanden voor stabiliteit
portiek
3 Doorsnede Elisabeth Center Antwerp4 3D-doorsnede constructief model
Bovenbouw
Een richtinggevende factor voor het constructieve ontwerp was
de maximale interactie tussen het publieke entreegedeelte aan
het Astridplein en de bestaande historische gebouwen van
ZOO Antwerpen. De concertzaal is 7 m opgetild, zodat de
ondergelegen grote lobby op de begane grond de verbinding
maakt tussen het entreegedeelte en de historische zalen. Beide
komen samen in het atrium, waar zowel de concertzaal als de
oude gevel van de historische bebouwing bewonderd kunnen
worden. Dit is te zien op foto 8.
Om de zaal boven de foyer te laten zweven is een hybride
constructie van beton en staal ontworpen. Voordeel van het
ontsluiting van het centraal station en metrolijnen. Om de
stabiliteit van de bestaande constructies te garanderen, zijn de
bestaande funderingen verlaagd tot onder het aanzetpeil van de
nieuwe bouwput door middel van, al dan niet verankerde,
V(ery)H(igh)P(ressure)-grouting. Met deze techniek wordt de
grond direct onder de bestaande funderingen vermengd met
een water-cementmengsel waarmee groutkolommen worden
gevormd die dienstdoen als nieuw funderingselement. Ter
hoogte van externe ondergrondse belemmeringen (metrolij -
nen) waar geen ankers mogelijk waren, is er een interne afstem -
peling toegepast om de stabiliteit van de bouwput te realiseren.
De nieuwe constructie zelf rust op 500 funderingspalen.
3
4
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
7
5 Kopse betonwand aan de entreezijde steunt op een momentvast betonnen portaalfoto: Jonas Verhulst
van schijfwerking de krachten overdragen naar de kopse
wanden. Door deze als verende ondersteuning te modelleren,
kon de dikte van de betonwanden over de gehele hoogte
beperkt blijven tot 400 mm. Aan de bovenzijde vinden de
wanden steun aan de dakspanten die vervolgens zijn afgekruist
naar de kopse wanden.
Excentriciteit
Een bijkomende uitdaging was de excentriciteit tussen de
twee langswanden van de zaal ten opzichte van de twee eind -
kolommen. Door de afmetingen en vorm van de kolommen
? en de logische wens de afwerking aan de buitenzijde van de
wanden rechtdoor naar beneden te laten lopen ? konden de
zaalwanden niet centrisch boven deze kolommen worden
geplaatst. Dit is opgelost door het grote vakwerk, dat op deze
plek de beide achterbalkonnen draagt, óók te gebruiken om
de kracht uit de zijwanden naar binnen te geleiden (fig. 6).
Het vakwerk vormt de scheidingswand tussen de zaal en de
regiekamer en zorgt ervoor dat beide bovenliggende balkons
de volle 23 m kunnen overspannen zonder bijkomende onder -
steuningen.
beton is dat massa nodig is voor de akoestische prestaties. Staal
is juist ingezet waar er grote overspanningen nodig waren.
De zaal zelf is een betonnen doos met 20 m hoge wanden aan
elke zijde. Het dak wordt gedragen door stalen vakwerken.
Deze dakspanten zijn verdiepingshoog en tussen de stalen
spanten en de zolder- en dakvloer zijn de E&W installaties
voor de zalen geplaatst.
Onder de stalen spanten hangt een technische verdieping voor
theatertechnische voorstellingsgebonden faciliteiten, zoals
belichting, akoestische schermen en audio. Ook de plafondpa -
nelen van de zaal zijn aan deze technische verdieping gehangen
(fig. 3).
Stabiliteit
De zaal ontleent zijn stabiliteit aan de betonwanden. Aan drie
zijden reiken deze wanden gedeeltelijk tot in de kelder. De
kopse betonwand aan de entreezijde kon niet tot in de kelder
doorlopen. Deze is dan ook afgesteund op een architectonisch
vormgegeven, momentvast betonnen portaal (fig. 4 en foto 5).
De 20 m hoge langswanden worden uit het vlak gesteund
door de twee uitkragende balkons. Deze kunnen door middel
5
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
8
6 Vakwerk aan achterzijde eerste balkon. Deze zorgt voor opname excentriciteit langs wanden t.o.v. kolommen7 Afwerkvloer wordt met behulp van vijzels 100 mm boven de constructievloer opgetild
De ontstane ruimte is benut om de oude gevels ? inclusief
historisch waardevolle muurschilderingen ? volledig te restau -
reren. Het gecreëerde volume is overkapt met een glazen dak
(foto 10).
In deze ruimte wordt ook de ontsluiting vanuit de zalen gere -
geld door middel van twee nieuwe monumentale stalen
trappen. De bordessen en trappen wentelen zich 4 m uitkra -
gend rond twee stalen kolommen.
De bordessen worden steeds in paren met elkaar gekoppeld
tussen de twee kolommen om evenwicht te maken. Uit het vlak
zijn de trappen slechts op twee plaatsen horizontaal verbonden
met de zaalconstructie. Om de stabiliteit te bewerkstelligen,
zijn de verbindingen tussen de stalen treden en de slede-/
bordeskokers zo ontworpen dat het geheel als vierendeelcon -
structie de horizontale krachten kan overbrengen.
Akoestiek als leidraad
Leidend voor het ontwerp was de akoestiek. Daar waar de
vorige zaal een cijfer van 6 op 10 scoorde voor akoestiek, lag de
ambitie vanaf de start van het nieuwe ontwerp hoog: een 10 op
10. Voor deze uitdaging werd de samenwerking gezocht met
Kirkegaard Associates uit Chicago, een wereldautoriteit op het
gebied van akoestiek. Deze ambitie vindt ook zijn weerslag in
het constructief ontwerp. Om te kunnen voldoen aan de hoge
akoestische eisen zijn diverse maatregelen genomen. Zo is de
zaal stabiliteitstechnisch volledig akoestisch gedilateerd van het
congrescentrum.
Beide moeten namelijk simultaan gebuikt kunnen worden
zonder onderling hinder te veroorzaken. Hiervoor is akoestisch
oplegmateriaal uit een natuurlijk rubber toegepast dat moest
voldoen aan een specifieke set aan eisen.
Voor de interne zaalakoestiek dragen de massieve betonnen
zaalwanden uiteraard bij aan het isoleren van het geluid. Boven
de zaal bevinden zich echter ook de technische ruimten voor
de installaties (fig. 4). De afwerkvloer moest zwevend uitge -
voerd worden ten opzichte van de ondergelegen constructieve
vloer, bestaande uit voorgespannen kanaalplaten met druklaag.
De afwerkvloer is gestort op een folie óp de kanaalplaatvloer.
Vervolgens is deze vloer met vijzels (die vooraf reeds in de
afwerkvloer waren opgenomen) 100 mm boven de constructie
opgetild (foto 7). Dit gebeurde door de schroefvijzels volgens
een vooraf vastgesteld patroon gecontroleerd aan te draaien.
Enkel de schroefstempels (die enigszins verend zijn) verbinden
beide vloeren.
Dit alles heeft geleid tot een opgeleverde akoestische score van
9,3/10, waarmee de zaal dan ook meteen tot de absolute
wereldtop behoort.
Monumentale trappen
Tussen de bestaande historische feestzalen van de ZOO en de
nieuwe zaal is bewust een afstand gehouden, om de invloed ?
en dus het risico ? op de bestaande constructies te beperken.
6
7
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
9
8 Atrium tussen de histori - sche feestzalen van de ZOO en de nieuwe zaal, foto: Jonas Verhulst
? PROJECTGEGEVENS
Project Flanders Meeting & Convention Center Antwerp
Opdrachtgever Bouwheer Koninklijke Maatschappij voor Dierkunde
van Antwerpen, stad Antwerpen en Vlaamse overheid
Architect SimpsonHaugh Architects ( VK) i.s.m. Buro Bouwtechniek
Constructeur ABT België nv
Adviseur akoestiek Kirkegaard Associates ( VS)
Hoofdaannemer THV Heijmans / Willemen / Verstraete & Vanhecke
Tot slot
Wat betreft technische uitdaging en uitstraling was het Elisa -
beth Center een uitzonderlijk project. Een zaal van deze
omvang, met de allerhoogste akoestische eisen, gekoppeld aan
een internationaal congrescentrum, midden in een dichte
stedelijke context van historische gebouwen ? dat is uniek in
België. Om dit voor elkaar te krijgen, is het geheel dan ook in
BIM uitgewerkt om tot een maximale coördinatie te komen
tussen de verschillende betrokken partijen. indresultaat is een
bijzonder gebouw, waarbij de zaal geroemd wordt om de akoes -
tische kwaliteiten. ?
8
Concertzaal zweeft 7 m boven begane grond 5 2018
10
Boortunnel
onder het
Suezkanaal
Inspectieschachten aangelegd voor inspectie en onderhoud
1
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
11
De Ismaïlia-wegtunnel is een dubbelstrooks tunnel (twee
stroken per rijbaan) die het Suezkanaal ten noorden van de
stad Ismaïlia kruist. Op deze plek lopen twee kanalen parallel
aan elkaar: het oudere kanaal en een nieuw kanaal dat in 2015
is gebouwd.
Het project maakt deel uit van een ontwikkelingsproject in de
Suezkanaalzone. De voltooiing van dit project, met inbegrip
van de tunnel, heeft vanwege het economische belang voor de
regio, zeer hoge prioriteit in Egypte. Daarom is de beschikbare
bouwtijd bijzonder kort, waardoor het ontwerp en de bouw
parallel verliepen.
Scope
Het project bestaat uit een ingraving, een U-vormige open bak,
een cut-and-covertunnel, onder andere voor de start- en eind -
schacht, waterkelders en een geboorde tunnel, bestaande uit
twee parallelle tunnelbuizen (fig. 2). Twee dienstgebouwen zijn
los van de tunnel geplaatst. De boortunnel ligt grotendeels
onder het woestijnlandschap. Over een lengte van ruim 400 m
kruist hij een woonwijk die onder meer bestaat uit apparte -
mentsgebouwen met vier tot vijf verdiepingen. En de
tunnel kruist beide scheepvaartkanalen van het Suezkanaal.
De tunnel is gebouwd tot een maximale diepte van bijna 70 m
onder maaiveldniveau. De totale lengte van de geboorde
tunnels bedraagt ongeveer 4,8 km.
In het tracé van de boortunnels zijn vier diepe schachten
gebouwd, twee vlak vóór en twee vlak na de kruising van het
Suezkanaal. Deze maakten tijdens de bouw inspecties en
onderhoud onder atmosferische omstandigheden van beide
tunnelboormachines mogelijk.
In de boortunnel bevinden zich op elke 1000 m dwarsverbin -
dingen tussen de verkeerstunnels. Deze maken evacuatie
mogelijk in het geval van een calamiteit in één van de twee
buizen en bieden een snelle toegang tot de ongevalsbuis voor
hulpdiensten. In de zones tussen de dwarsverbindingen zorgen
Het 193 km lange Suezkanaal in Egypte kan slechts op twee plaatsen via een vaste verbinding, een brug en
een tunnel, door wegverkeer worden gekruist. Om de Sinaï aan de oostzijde van het kanaal beter te ontslui -
ten, worden drie nieuw tunnels aangelegd. De geologische omstandigheden langs het kanaal variëren sterk
waardoor voor elke tunnel een ander ontwerpconcept is gekozen. Voor de tunnel bij Ismaïlia, halverwege
het Suezkanaal, is gekozen voor een combinatie van een open bak, een cut-and-covertunnel, een geboorde
tunnel en vier inspectieschachten.
ir. Ronald Heijmans,
ir. Evert Sonke
Arcadis
1 Zicht op de volgtrein van de tunnelboormachine2 Overzicht van het project3 Geologisch lengteprofiel
waterkelder westwaterkelder oost
toerit west toerit oost
dienstgebouw west schacht tunnel in oostelijke richting ?E1? schacht tunnel in oostelijke richting ?E2?
schacht tunnel en westelijke richting ?W1?
schacht tunnel en westelijke richting ?W2?
ventilatie schacht
gebouw west ventilatie schacht
gebouw oost
Suezkanaal oud Suezkanaal nieuw dienstgebouw oost
woongebouwen
Suezkanaal oud Suezkanaal nieuw
boortunnel 4830,000
2
3
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
12
4 Startschacht5 Overzicht van de westelijke toerit met de startschacht en de volg - trein van de TBM6 Overzicht 3D-eindige-element model van de startschacht
Het bleek niet haalbaar de gehele verhoging van de grondwa -
terstand te bemalen. Daardoor was het noodzakelijk rondom
de bouwput afdichtende bouwputwanden en bodem toe te
passen.
Startschacht
De startschacht is gebouwd als rechthoekige betonnen doos in
een sleuf, rondom ondersteund door diepwanden (fig. 4). De
schacht is ontworpen om de boorkop en de volgtrein van de
tunnelboormachine te faciliteren (foto 5). De eerste 28 m van
de startschacht is voorzien van een betonnen vloerplaat die de
tunnelboormachine (TBM) droeg en de vijzelkrachten van de
TBM via een stalen afzetframe naar de diepwanden in langs -
richting overdroeg. De bovenkant van het afzetframe is onder -
steund door een dakplaat, vast verbonden met de diepwanden
in langsrichting. De vloerplaat is ondersteund door diepwand -
panelen (baretten) die de verticale belasting overdroegen naar
een onderliggende stijve grondlaag. Om de waterstand binnen
nooduitgangen voor een veilige evacuatie van tunnelgebruikers
naar een vluchtgang onder het wegniveau.
Geologie
De ondergrond langs het alignement bestaat voornamelijk uit
middeldicht- tot dichtgepakt zand met een aantal lenzen van
siltige klei (fig. 3). Het grondwaterniveau bleek aanzienlijk
hoger dan het niveau van het Suezkanaal. Het verschil bedroeg
tot +4,2 m bij de westelijke startschacht en zelfs +17 m bij de
oostelijke ontvangstschacht. Dit was opmerkelijk, aangezien de
aangetroffen zandlagen zeer doorlatend zijn.
De hoge niveaus op de westelijke oever werden veroorzaakt
door lekkage van irrigatiekanalen van de rivier de Nijl. Voor de
oostelijke oever was het deels te wijten aan de gevolgen van de
baggerwerken van de Suezkanaaluitbreiding. De natte specie
werd gedumpt op de oostelijke oever en het duurde lang om te
draineren. Ook aan de oostelijke kant speelde het probleem
met lekkende irrigatiekanalen.
as weg
verlaagde waterstand betonnen vloerplaat waterdichte voeg
injectielaag
3000
-25 000
diepwand
grout block afzetframe
helling weg: 3,3%
blind-ringen
+12 000
1e permanente ring
dichtblok
GWS +4,20 as tunnel cement-betonietwand
diepwand
28 000
75 000
diepwand panelen
4
5 6
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
13
basis doorsnedeas tunnel
as tunnel as tunnel
dwarsverbinding
toegang vluchtgang
PVR
tolerantie
100 mm TBM drive langsgoot
5700 5700600
11 400
5700 5700600
11 400
asfalt
verharding
uitvulbeton
technische vloer
technische vloer
pijp hoofdriool
uitvulbetonuitvul-
beton
technische vloer techni-
sche vloer
technische vloer
pijp hoofdriool
pijp
hoofd-
riool
5500
PVR
tolerantie
100 mm TBM drive
5500
PVR5500 tolerantie
100 mm
TBM drive
langsgoot asfalt
verharding
langsgootasfalt
verharding
7 Karakteristieke dwarsdoorsneden van de boortunnel; standaarddoorsnede, doorsnede ter plaatse van een dwarsverbinding en ter plaatse van een vlucht - trappenhuis.8 Segmentfabriek naast de startschacht in Ismaïlia, opgezet door Petrojet
tot de dienstgang via een trap vanaf wegniveau. Deze dienen
voor veilige evacuatie ter plaatse van de gebieden tussen de
dwarsverbindingen in geval van een incident in de tunnel. Op
twee diepe punten van elke tunnel is onder het wegdek een
waterkelder geprojecteerd met een pompkamer.
Segmenten
Voor de boortunnel is gekozen voor een enkele lining die
bestaat uit prefab-betonnen segmentringen van 600 mm dik.
Door toepassing van conische segmentenringen konden
bochten en stuurcorrecties worden gemaakt. Er zijn linkse en
rechtse segmenten ingezet. Een volledige ring bestaat uit
acht segmenten en een sluitsteen. In de ringen is traditioneel
wapeningsstaal gebruikt als constructieve wapening en
PP-vezels om het risico op afspatten in het geval van brand te
beperken. De segmenten zijn geproduceerd in een speci -
aal ingerichte productiefaciliteit ter plaatse, bij de tunnel (foto
8).
Tussen de ringen is een enkel dichtingsprofiel aangebracht voor
de waterdichting. De verwachte deformatie van de lining was
de bouwkuip te kunnen verlagen, is een waterremmende injec -
tielaag aangebracht op 25 m diepte.
Buiten de voorwand van de startschacht is over de volledige
breedte (ca. 50 m) een 15 m dik dichtblok van lagesterktebeton
(ca. 5 MPa) gemaakt, nodig om de TBM een goede start te
geven. Dit blok is opgebouwd uit 1,5 m dikke diepwandpanelen
die elk 0,2 m overlappen. De diepwandfrees groef telkens deels
in de al gerealiseerde diepwandpanelen om een continu blok te
formeren. Het dichtblok werd verder nog omhuld door een
waterdichte cement-bentonietwand. De voorwand, een 1,5 m
dikke diepwand aan de kopse kant van de schacht geformeerd
van normale sterktebeton, werd versterkt met glasvezelwape -
ning om het voor het graafwiel van de TBM mogelijk te maken
de wand te doorboren.
Berekening startschacht
De rekken en spanningen in het dichtblok zijn voor kritische
TBM-posities berekend met het eindige-elementenprogramma
PLAXIS 3D. De voorkant van het dichtblok ter plaatse van de
interface met de oorspronkelijke bodem moet zijn waterdicht -
heid behouden. Dit betekent dat de berekening eerst een even -
wicht moest vinden, inclusief het in rekening brengen van het
elasto-plastisch gedrag van het lagesterktebeton. Vervolgens
moest, om de waterdichtheid te garanderen, worden gecontro -
leerd of er een drukboog in het lagesterktebeton ontstond
tussen de TBM en de buitenkant van het dichtblok en moest de
resterende spanningstoestand worden gecontroleerd op de
meest kritieke posities van de TBM (fig. 6).
Boortunnel
De dwarsdoorsnede van de boortunnel werd bepaald door het
wegniveau met twee rijstroken en verhoogde schampranden
(fig. 7). De inwendige diameter van de tunnel bedraagt 11,4 m.
Onder het wegniveau, in de ruimte die ontstaat door de cirkel -
vormige doorsnede, is een dienstgang geïnstalleerd met ruimte
voor kabels en leidingen. Elke 250 m wordt toegang geboden
7
8
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
14
1400
1200
1000800
600
400
200 00 30 6090 120150 180210240270 300
temperatuur [
?C]
tijd [min]
5000
as TBM onderhoudsschacht
waterdichte plug
diepwand C25/30
tunnel as
boorrichting
segmentringen
22 000onderwaterbeton
egalisatiebeton
9
10
11
9 Toegepaste brandkromme (links)10 Doorbraak van de eerste TBM11 Dwarsdoorsnede van de inspectie- en ventilatieschachten met links een met glasvezelgewapende diepwand en rechts een ongewapende diepwand.
wiel waardoor vele interventies nodig waren om het snijrad
schoon te maken. Tijdens het proces zijn bovendien wijzigin -
gen aan de TBM doorgevoerd om verstoppingen te verminde -
ren en de productie te verhogen.
Doorbraak
De start van de eerste TBM was op 6 juni 2016. Drie maanden
later, toen ook de tweede TBM gereed was, vertrok de tweede
TBM. De doorbraak in de ontvangstschacht van de eerste
machine was op 4 december 2017, toen 4830 m tunnel was
geboord. De doorbraak van de tweede machine volgde op
21 december. Daarmee had hij een flink deel van de achter -
stand bij de start ingelopen.
De maximale dagelijkse productie was 34 m. Dat is een wereld -
record voor een slurrytunnelboormachine met grote diameter.
De hoogste weekproductie was 206 m. Deze werd bereikt voor
de laatste meters van de tunnel.
Tijdens de doorbraak was de ontvangstschacht gevuld met
water. Dit om ongecontroleerde instroom van grondwater langs
de TBM te vermijden toen die door het dichtblok ging
(foto 10). Toen de staartspleet, de ruimte tussen de liningseg -
menten en de grond, volledig was gevuld met grout, werd een
waterdichte verbinding gemaakt met de voorwand van de
schacht en kon de ontvangstschacht worden gedraineerd.
Inspectie- en ventilatieschachten
Zoals aangegeven zijn vóór en na de kruising van het
dermate gering dat de vervormingscapaciteit van de dichtings -
profielen voldoende was om met een enkele dichting te
volstaan, aan de buitenzijde van de segmenten.
De segmenten worden zwaar belast op normaalkracht door de
grote waterdruk, en beperkt aangesproken op buiging door de
relatief hoge stijfheid van de grond. Hierdoor blijven de
buigende momenten beperkt. De wapeningskorven van de
segmenten moesten worden opgebouwd met gebogen staven
omdat lasrobots niet tijdig beschikbaar waren voor de segment -
productie. Met name voor de splijtwapening in de voegen
zorgde dit voor een dicht wapeningsnet.
Brandbelasting
De segmenten zijn in een brandtest onderworpen aan de RWS-
brandkromme. Ze zijn twee uur belast in een oven bij het
CSTB-laboratorium in Frankrijk. Hier werden de segmenten
beproefd terwijl ze vijzels werden. In aanvulling op de stan -
daard RWS-brandkromme is ervoor gekozen een afkoelperiode
toe te voegen aan de standaardkromme (fig. 9).
Onderhoud
Zoals eerder aangegeven bestaat de ondergrond hoofdzakelijk
uit matig verdicht tot vast zand met over een aanzienlijke
lengte siltige klei. Deze klei leidde tot verkleving van het graaf -
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
15
12
13
12 Storten van de onderwaterbetonvloer in de inspectieschacht13 Globaal beeld van 2D-axiaal-symmetrisch Plaxis
De ventilatieschachten, elk met een diameter van 5 m, zijn met
geprefabriceerde betonnen segmentringen opgebouwd, en
vanuit de schacht naar beneden geperst (foto 14), waarbij tege -
lijkertijd de grond onder de snijrand werd ontgraven. De venti -
latieschachten zijn pas gebouwd nadat de TBM de inspectie -
schacht weer had verlaten. De lining van de boortunnel werd
met een tijdelijk stalen frame ondersteund waarna deze kon
worden geopend en een in-situverbinding kon worden gemaakt
met de ventilatieschacht.
Toeritconstructies
De toeritten, de cut-and-coversecties voor de diepe delen en
U-bakken voor ondiepe delen, zijn gebouwd in een sleuf
ondersteund door diepwanden (fig. 15). Er werd voor diepwan -
den gekozen voornamelijk door de beschikbaarheid van mate -
rieel hiervoor in Egypte en de korte mobilisatietijd. De
bouwput omvatte ook de bouw van een injectielaag van 20 ha.
Deze was nodig als bodemafsluiting om toetreding van grond -
water te voorkomen. De diepwanden hadden slechts een tijde -
lijke functie tijdens de bouw, waardoor deze alleen op sterkte
konden worden ontworpen. In de op deze wijze gevormde
bouwput is de definitieve constructie gemaakt, bestaande uit
een op staal gefundeerde vloer (600-1600 mm dik) en
opstaande wanden met verlopende dikte van maximaal 1600
mm tot 600 mm dik). De ondiepe secties hebben uitkragende
wanden en de diepe U-baksecties zijn voorzien van stempels
om de krachten in de wanden en vloeren te beperken. Het
diepe deel van de startschacht is afgebouwd met een dak als
cut-and-covertunnel. De constructies zijn grotendeels onder
grondwaterniveau gelegen en zijn voorzien van waterdichte
membranen aan de buitenzijde. Om opdrijven te voorkomen,
zijn de open bakken geballast met ofwel ballastbeton op de
vloer in de bak of gronddekking op de vloer buiten de wanden.
Suezkanaal diepe schachten gebouwd. Deze schachten zijn vóór
passage van de tunnelboormachine aangebracht, waarna de
TBM zich de schacht inboorde. Dankzij deze schachten kon het
graafwiel in atmosferische omstandigheden worden geïnspec -
teerd (fig. 11).
Het gaat om vier diepe ronde schachten, met een diepte van
85 m en een diameter van 23 m. Ze zijn met behulp van 1,5 m
dikke diepwandpanelen gebouwd die telkens overlappen met
de eerder gestorte panelen zodat met rechte panelen de ronde
vorm van de schacht redelijk kon worden benaderd. De schacht
werd uitgegraven tot de ontgravingsdiepte, enkele meters onder
de tunnel, met water in de schacht. De bodem werd afgesloten
met een laag onderwaterbeton (foto 12) en terug aangevuld
met een zand-cementmengsel over de volledige doorsnede van
de TBM.
De cirkelvormige diepwandschacht werd ontworpen met
behulp van een 2D-axiaal-symmetrisch Plaxis-model om de
ringkrachten en de buigende momenten in de longitudinale
richting (fig. 13) te berekenen. Maximale ringspanningen
werden gecontroleerd met inachtname van de maximale afwij -
king van de diepwandpanelen.
De schachtwand bij de doorgang van de TBM werd versterkt
met glasvezelwapening, terwijl de wand ter plaatse van de
uitbraak niet was versterkt. Dit zou immers een inspectie van
de TBM en het eventueel verwijderen van wapeningsresten
noodzakelijk maken.
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
16
36 600
18 300
9300
2.5% +2.703
+2.703
+2.8291
44 400
wegverharding
ballastbeton
betonnen vloer 1000 mm
groutlaag
2879
3000
-9.000
1500
2360
9300
18 300
+9.000
waterdicht membraam
EPDM-folie (1,5 mm)
kolk- en afvoergoot
2.5%
+9.000
14 Inspectieschacht met naar beneden geperste ventilatieschachten15 Constructie open toeritbak
uniforme temperatuurcomponent en temperatuurgradiënten
van een ondergrondse constructie kunnen niet volledig worden
beoordeeld met de procedure uit EN 1991-1-5. Om de tempe -
ratuurverdeling in de constructie als gevolg van niet-lineaire
effecten te beoordelen, is een niet-stationaire warmtestroom -
analyse uitgevoerd.
Constructief ontwerp toeritten
De toeritten zijn ontworpen als open bakken, gefundeerd op
staal. Door de in vergelijking met Nederland hoge temperatuur
en lage luchtvochtigheid, moest worden gekeken naar tempera -
tuureffecten op het gedrag van de constructie. Met name
verhinderde vervormingen door de stortvolgorde en tempera -
tuureffecten speelden een grote rol in het ontwerp.
Belastingen
De constructie is onderworpen aan de volgende belastingen:
-
Eigen gewicht van de constructie
- Rustende belasting van ballast en wegconstructie
- Gronddruk
- Waterdruk
- Variabele belastingen
- Directe en indirecte verkeersbelasting
- Lasten tijdens bouw, zoals graafmachines e.d.
- Belastingen uit de TBM, vijzelbelastingen en het gewicht van
de machine en volgtrein
- Belastingen veroorzaakt door de jaarlijkse en dagelijkse
temperatuurvariatie.
- Aardbevingsbelasting
Temperatuur
De 44 m brede toeritbakken krijgen te maken met intense
zonnestraling en grote temperatuurvariaties. Hierdoor wil de
constructie vervormen, wat gedeeltelijk door de omringende
grond wordt verhinderd. Dit leidt weer tot verhoogde grond -
druk tegen de wanden. Vanwege het extreme klimaat zou het
niet correct zijn zonder meer de Eurocode toe te passen. Deze
is immers gebaseerd op een meer gematigde klimaatzone. De
14
15
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
17
tijd [min]
positie [m]
00
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
+9.00 m
+5.37 m 2.5 % +5.84 m
?Tu+ ; ?Tm+ of ?T?; ?Tm- ?v1
?v3
normale situatie: +6.20m
?v4
?T,h1 ?h2
?h3 ?h1 ?T,h2
?v5
?v6
1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10 000 11 000 12 000
radiatie [kW/m
2]
temperatuur [?C]
temperatuur in constructieequivalente temperatuur - gradiëntgemiddelde equivalente temperatuurstijging
16 Zonnestraling17 Temperatuurverdeling in 1000 mm dikke constructie 18 Belastingen die op de open bak aangrijpen
Om inzicht te krijgen in de verhoogde zijdelingse gronddruk
als gevolg van de vervormingen waartoe de temperatuurvaria -
ties en gradiënten leiden, is een Plaxis-model gebouwd met
volume-elementen. Deze volume-elementen werd een rek
opgelegd conform het temperatuurverloop. Uitgaande van een
verplaatsing naar de grond toe zal de omliggende grond zich
verzetten tegen vrije beweging van de constructie, hetgeen leidt
tot een verhoogde gronddruk. De analyse toonde aan dat de
gronddruk ruimschoots kan verdubbelen ten opzichte van
neutrale gronddruk als gevolg van temperatuuruitzetting.
Belastingscombinaties
De belastingen die werken op de toeritbakken en cut-and-
covertunneldelen werden aangebracht op een 3D-EEM-model.
De gronddruk, die door temperatuureffecten werd verhoogd,
was het dominante belastingsgeval.
Tot slot
Het ontwerp en de bouw van de Ismaïlia wegtunnel in minder
dan drie jaar vanaf de eerste lijn op papier tot de doorbraak van de
TBM was een hele prestatie. Dit was alleen mogelijk door nauwe
samenwerking tussen de ontwerper, supervisor en de opdrachtge -
ver. Effectieve besluitvorming hielp bij het tot een succes maken
van dit project. Als principe werden telkens robuuste technische
oplossingen gekozen, omdat deze het meest waarschijnlijk zonder
vertraging te realiseren waren. Toch rekte dit project de grenzen
van de techniek verder op, bijvoorbeeld in het ontwerp van de
segmenten -tot het uiterste belast door de grote grond- en water -
druk-, diepte van de inspectieschachten en de dagelijkse voort -
gang van de tunnelboormachine. ?
? PROJECTGEGEVENS
project Ismaïlia Twin Road Tunnel
opdrachtgever Engineerings Authority of Armed Forces EAAF
ontwerp en specificaties Arcadis
ontwerpcontrole en toezicht CDM Smith en ACE
uitvoering Petrojet en Concord for Engineering & Contracting JV
Het temperatuurverloop is berekend met het programma
PCTempFlow. Dit programma berekent de tijdsafhankelijke
temperatuurverdeling in een gelaagde structuur als functie van
de tijd (fig. 17). De beschouwde geometrie is eendimensionaal.
Input is de luchttemperatuur en inkomende straling (fig. 16).
Als extreme luchttemperatuur is 47 °C aangehouden op het
vrije oppervlak (links in fig. 17) in combinatie met straling
(1050 W/m 2) voor een 1000 mm dikke wand. De berekende
oppervlaktetemperatuur stijgt door de straling met 28 °C, van
47 °C tot 75 °C. Dit komt goed overeen met BS-EN-1991-1-5
tabel 5.2. Deze geeft een stijging van de oppervlaktetempera -
tuur voor lichtgekleurde oppervlakten van 30 °C aan. In 24 uur
varieert de luchttemperatuur van 37 °C tot 47 °C in een
10-gradenrange en straling in een halve sinuscurve van 0 tot
1050 W/m2.
Er is berekend dat de lineaire temperatuurgradiënt 33,1 °C/m is
in een wand van 1000 mm dik. De equivalente temperatuurstij -
ging is 12,8 °C, zoals is te lezen in figuur 17. Om de maximale
beweging van de constructie te berekenen ten gevolge van
temperatuureffecten is de opwarming ten opzichte van de
minimale storttemperatuur berekend. Dit geeft de maximale
temperatuurrange.
16
17
18
Boortunnel onder het Suezkanaal 5 2018
18
Minimale
hinder dankzij
samenwerking
Renovatie Nijkerkerbrug dankzij samenwerking tussen
Rijkswaterstaat en marktpartijen
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
19
De Nijkerkerbrug is de verbinding voor snel en langzaam
verkeer tussen Gelderland en Flevoland over het Nijker -
kernauw. Over de brug loopt de N301, de provinciale weg die
de A28 met de N305 verbindt. De brug is tevens onderdeel van
het complex Nijkerkersluis. Het gehele complex, bestaande uit
een schutsluis, spuisluis en brug, is gebouwd en in gebruik
genomen tussen 1963 en 1965. Gemotoriseerd verkeer (o.a.
personenauto´s, vracht- en landbouwverkeer) heeft de beschik -
king over één rijstrook per rijrichting. Aan weerszijde van de
rijstroken bevinden zich fietspaden.
De Nijkerkerbrug heeft een totale lengte van 300 m, opge -
bouwd uit 15 overspanningen (fig. 2). Eén overspanning
(tussen steunpunt 13 en 14) betreft een beweegbare bascule -
brug waar jaarlijks meer dan 35.000 schepen passeren. De
aanbruggen zijn opgebouwd uit overspanningen van 19,5 m,
bestaande uit 12 voorgespannen prefab betonnen I-liggers
(fig.3 en 4) die zijn verbonden met een in het werk gestort dek.
De steunpunten bestaan uit een onderslagbalk, kolommen en
een funderingsloof. Een bijzondere eigenschap van de voorge -
spannen I-liggers is dat hier geen reguliere dwarskrachtwape -
ning aanwezig is. De liggers zijn enkel voorzien van drie
kopnetten ter plaatse van de liggereinden. De totale breedte van
het brugdek bedraagt 14 m.
Status van de brug
De brug is oorspronkelijk ontworpen op verkeersklasse 45. De
verkeersbelasting en -intensiteit is sinds de jaren 60 flink toege -
nomen. In de periode voor aanvang van het project is uit
inspecties en onderzoeken gebleken dat er diverse schades
waren ontstaan. Zo vertoonden de pijlers op diverse locaties
betonschade vanwege chloride-geïnitieerde wapeningscorrosie.
Dit als gevolg van ingedrongen dooizouten afkomstig van het
wegdek door lekkende voegen. Verder was de overspanning
over de Slingerweg (tussen steunpunt 2 en 3, fig. 2) ernstig
beschadigd als gevolg van diverse aanrijdingen door te hoog
verkeer.
Uit diverse inspecties, onderzoeken en berekeningen werd
geconcludeerd dat de brug niet voldoende constructieve restca -
paciteit bezit voor de gewenste restlevensduur. In 2010 en 2015
zijn hiertoe door Rijkswaterstaat reeds diverse (tijdelijke) maat -
De Nijkerkerbrug, de verbinding tussen Gelderland
en Flevoland (foto 1), bleek onvoldoende
constructieve restcapaciteit te hebben en te veel te
zijn aangetast om de huidige verkeersbelastingen te
kunnen dragen. Nieuwbouw is overwogen, maar
uiteindelijk is voor renovatie gekozen. In het project
wordt een nieuwe manier van samenwerking
toegepast tussen Rijkswaterstaat en marktpartijen,
onder de noemer van project DOEN. Dankzij deze
samenwerking is een oplossing gevonden waarbij
de brug voor een periode van 30 jaar weer veilig kan
worden gebruikt, met minimale hinder tijdens de
uitvoering.
ir. Richard ter Maten
Combinatie NU (Mourik - BESIX)
ing. Mark Verbaten
ABT
ir. Tom Groeneweg
Rijkswaterstaat
1
1 Nijkerkerbrug, foto: Mourik
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
20
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
A B C
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
A B C
eindaanzicht
1000
1000
1000480 130
130130
140
400
130
130 130
400 400
voorspanstrengen totaal 30 stuks ?9
3 kopnetjes ?8 einddoorsnede
middendoorsnede
2 Langsdoorsnede bestaande situatie3 Dwarsdoorsnede bestaand dek en pijlers 4 Doorsnede van de bestaande liggers
regelen uitgevoerd. Zo zijn pijlers voorzien van stempels, is een
deel van de liggers boven de Slingerweg vervangen en is de
brug voorzien van een gewichtsbeperking. Daarnaast zijn op
het brugdek barriers geplaatst om te voorkomen dat zware
voertuigen op de constructief zwakkere zijkanten van het rijdek
belanden en zijn hoogteportalen geplaatst om verdere aanrij -
ding van de overspanning boven de Slingerweg te voorkomen.
Project
Er is vanuit Rijkswaterstaat gekozen om in dit project niet te
werken met een (over)complete eisenspecificatie, maar met het
beschrijven van de behoeften voor de brug en de reden achter
die behoeften. Project DOEN is daarmee een uniek project
bedoeld om de samenwerking tussen Rijkswaterstaat en markt -
partijen te optimaliseren. Het project biedt de ruimte om af te
wijken van de gebruikelijke bestaande regels en werkwijzen en
om te werken met een gemeenschappelijk doel: 'eerlijk geld
voor eerlijk werk' en 'maximale klantwaarde'. Op basis van het
2
3
4
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
21
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
A B C 14 000
1200 1000 4300 1000 4300 1000 1200
46203590
1000
30220
600
2020
750
30 30
5
5 Aanzicht versterking pijlers met aangestorte wanden. De blauw gearceerde delen betref - fen de nieuwe versterkingen
moment vele oplossingsalternatieven mogelijk. Deze alternatie -
ven betroffen volledige nieuwbouw, volledige renovatie en
combinaties van beide. Binnen de alternatieven zijn diverse
varianten afgewogen.
Vanaf het begin van de ontwerpperiode is intensief samenge -
werkt met Mourik-dochter Vogel (beton
onderhoud) en ABT
(ingenieursbureau). Gezamenlijk zijn voor de nieuwbouwoptie
de mogelijke toepassing van diverse liggertypes en uitvoerings -
methoden onderzocht. Voor de renovatieoptie zijn verschil -
lende versterkings- en uitvoeringsmethoden bekeken. Alle
mogelijke oplossingen zijn gedurende het ontwerpproces geop -
timaliseerd en in combinatie met kosten, uitvoeringstijd en
gevolgen voor hinder in kaart gebracht. Het beperken van
hinder voor de weggebruiker was daarbij een van de belang -
rijkste criteria.
Capaciteit brug
Voorafgaand aan het project zijn verificatieberekeningen op
basis van niveau 'gebruik' conform de RBK 1.1 uitgevoerd.
inkoopplan schreef Rijkwaterstaat een aanbestedingsleidraad.
Na meerdere fases, waarbij onder andere werd geselecteerd op
samenwerkingscompetenties, plan van aanpak en analyse van
klantbehoeftes, werd de pre-award gegund aan Mourik en
BESIX in de combinatie NU.
De opdracht voor de aanpak van de Nijkerkerbrug luidde: het
realiseren van een (constructief ) veilige brugverbinding, een
levensduur van 25-30 jaar, geen beperkingen voor al het passe -
rende verkeer dat voldoet aan de geldende wettelijke bepalin -
gen, ten minste geschikt voor capaciteit en type verkeer als
huidig, passend binnen het complex Nijkerkersluis en uiterlijk
in kwartaal 3 van 2018 weer volledig beschikbaar voor alle
verkeer.
De basculebrug, de schutsluis en de spuisluis zijn geen onder -
deel van het project.
Renovatie of nieuwbouw?
Op het moment dat Mourik, BESIX en Rijkswaterstaat als één
team begonnen samen te werken, waren ontwerp, prijs en
contract nog niet bepaald. Voor het ontwerp waren op dat
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
22
aangetoond dat het brugdek kon worden behouden.
Uit de genoemde onderzoeken, in combinatie met de toe te
passen uitvoeringsmethoden, volgde uiteindelijk de belangrijke
conclusie dat renovatie van de brug technisch mogelijk was.
Definitieve keuze: renovatie
Bij de definitieve keuze tussen de diverse oplossingsalternatie -
ven gold het beperken van hinder voor het verkeer tijdens de
uitvoering op de brug als belangrijkste criterium. De overige
criteria hadden betrekking op de openstellingsdatum, de
onderhoudskosten, het risicoprofiel, duurzaamheid en kosten.
Voor de verdere uitwerking van het ontwerp, de uitvoerings -
methode en prijs is door de klant besloten tot renovatie van de
Nijkerkerbrug.
Versterking pijlers
De constructieve versterking van de pijlers bestaat uit het
aanbrengen van betonwanden (fig. 5). In deze wanden is een
sparing opgenomen van 2,0 bij 2,3 m. Deze wand, bestaande
uit kolommen en onder- en bovenbalken, verzorgt de krachts -
afdracht vanaf het dek naar de fundering. De versterkingscon -
structie is verankerd met wapeningsstekken met de bestaande
pijlers. Na het plaatsen van de bekisting is de versterking voor -
Hieruit kwam naar voren dat de brug niet voldeed, ofwel
onvoldoende capaciteit had om de verkeersbelastingen
conform NEN-EN 1991-2 te dragen. De constructieve verster -
kingen zijn getoetst op niveau 'verbouw' conform NEN 8700.
In tabel 1 wordt een overzicht gegeven van de unity checks die
volgden uit de eerdere herberekeningen door Rijkswaterstaat
en die als uitgangspunt voor het project golden.
Gezien de relatief hoge overschrijdingen was het niet de
verwachting dat renovatie van de brug mogelijk was. Toch is,
vanwege de kennis en ervaring bij de diverse specialistische
partijen, gekozen ook deze variant als serieuze optie te onder -
zoeken. In de ontwerpfase zijn daartoe diverse onderzoeken
uitgevoerd.
Aanvullend onderzoek
Met aanvullend geotechnisch onderzoek is aangetoond dat het
draagvermogen van de fundering voldoet. De steunpunten en
de liggers zijn onderzocht op betonschade, chloride-indringing
en de geschiktheid en noodzaak voor de toepassing van katho -
dische bescherming. De optredende verkeerstrillingen zijn
gemonitord om aan te tonen dat het aanbrengen van (beton)
versterkingen mogelijk zou zijn bij doorgaand gebruik van de
brug.
Door middel van hechtsterkteproeven is aangetoond dat het
vergroten van de momentcapaciteit met uitwendig aange -
brachte koolstof lamellen (lijmwapening) toepasbaar was.
De mogelijke aanwezigheid van wapeningscorrosie in het
brugdek is in kaart gebracht door de inzet van potentiaalmetin -
gen. Hieruit bleek dat de aanwezige aantasting van het brugdek
beperkter was dan op voorhand werd aangenomen. In combi -
natie met meer geavanceerde constructieve berekeningen is
Tabel 1 Unity checks verschillende onderdelen
Pijlers
Onderslagbalken voldoen niet op veldmoment u.c. 1,5
Onderslagbalken voldoen niet op steunpuntmoment u.c. 1,6
Kolommen voldoen niet op rembelasting u.c. 2,1
Funderingssloof voldoet niet op steunpuntmoment u.c. 1,9
Velden
voorgespannen liggers en dwarsdragers voldoen niet op momentcapaciteit u.c. 1,3
voldoen niet op dwarskrachtcapaciteit u.c. 1,6
Brugdek
voldoet niet op momentcapaciteit u.c. 2,0
voldoet niet op pons u.c. 1,5
dek boven brugkelder voldoet niet op dwarskracht u.c. 1,3
6 Steunpunt tijdens uitvoering met de te ver - wijderen (tijdelijke) stempels. De liggers zijn van versterking voorzien,foto: Mourik
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
23
6
7 8
7 Applicatie van kathodische bescherming ten behoud van de steunpunten, foto: Mourik8 Verlijmen van koolstofvezel lamellen aan de I-liggers, foto: Mourik
Kathodische bescherming
Om betonschade door wapeningscorrosie te voorkomen en de
constructieve functie tussen bestaand en nieuw beton te borgen
zijn de pijlers voorzien van kathodische bescherming
(kb-systeem). Voor deze beschermingstechniek zijn tussen de
bestaande pijler en de versterkingen titaniumstrips (binnen -
vlakken pijler) aangebracht. Op het beton van de bestaande
pijler (buitenzijde) zijn titaniumnetten geplaatst (foto 7). De
bestaande wapening is aangeboord, gecontroleerd op wape -
ningcontinuïteit, en (d.m.v. een wapeningscontact) verbonden
met de minpool (kathode). Vervolgens is tussen de te bescher -
men wapening (kathode) en het titanium (anode) een lage
spanning van ongeveer 5 volt aangebracht. Dit heeft als gevolg
dat de wapening een beschermstroom ontvangt waarmee
corrosie en onthechting tussen bestaand beton en de verster -
king wordt voorkomen. Het KB-systeem van de pijlers is afge -
werkt met een laag spuitbeton van 25 mm. De steunpunten zijn
vervolgens voorzien van coating.
Versterking liggers - momentcapaciteit
Van de voorgespannen I-liggers onder het rijdek is de
momentcapaciteit vergroot door het toepassen van koolstofve -
zel (CFRP: carbon fiber reinforced polymer) lamellen. Het
ontwerp van de CFRP is opgesteld op basis van de Duitse
DAfStb richtlijn 'Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter
Bewehrung', die ook kan worden toegepast op voorgespannen
constructies. Deze richtlijn vormt overigens tevens de basis
voor de nieuwe uitgave van de Eurocode 2 waarin de toepas -
sing van koolstoflijmwapening wordt opgenomen.
De liggers worden, afhankelijk van de overschrijding, voorzien
zien van zelfverdichtend beton. De voordelen van deze verster -
kingsmaatregel zijn onder meer het behoud van bouwhistori -
sche waarde (constructie behoudt bestaande uitstraling), en het
positief ecologisch effect (vogels nestelen bovenin in de hoeken
tussen kolom en balk) en sociale veiligheid (openheid door
sparing). Ten behoeve van de uitvoerbaarheid is het voordeel
dat na voldoende uitharding de tijdelijke stempelconstructies
kunnen worden verwijderd (foto 6).
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
24
druklaag
var. 130-160
beugels ?10-100
langswapening 17?12 spuitbeton C30/37
koolstof lamellen
(lijmwapening)
1000
70 70
400
540
80
9
10
9 Versterking dwarskrachtcapaciteit 10 Overspanning na aanbrengen lijmwapening en dwars - krachtversterking, foto: Mourik
van 2 of 4 lamellen over de gehele overspanning (foto 8). De
lamellen zijn verlijmd met epoxy en aan het begin en einde van
de lamel verankerd door middel van koolstofvezel sheets (foto
8). Het op deze schaal toepassen van koolstoflijmwapening op
voorgespannen liggers, waarbij het verkeer doorgaand gebruik
blijft maken van de brug, is uniek in Nederland.
Versterking liggers - dwarskrachtcapaciteit
De dwarskrachtcapaciteit van de I-liggers is verhoogd door de
liggers rondom op te dikken met een gewapende schil van
spuitbeton en stalen wapeningsbeugels. De versterking is alleen
daar aangebracht waar overschrijdingen zijn. Dit betekent dat
de versterking is aangebracht op 470 mm vanaf de oplegging.
Vlakbij de oplegging vindt geen dwarskrachtoverschrijding
plaats door directe afdracht naar de oplegging. De versterking
is aangebracht over een lengte van 6,2 m. Aangezien de verster -
king niet tot boven het steunpunt doorloopt, was het niet nodig
de constructie te vijzelen. De liggers zijn aan de bovenzijde
voorzien van L-vormige stekken Ø10 en aan de onderzijde is de
beugel gesloten door Ø10 in U-vorm (fig. 9).
De voordelen van de toepassing van spuitbeton zijn de goede
hechting, goede verdichting, eenvoudige bekisting en de trans -
porteerbaarheid van het beton over de bouwplaats van de silo
naar de locatie van verwerking.
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
25
11
12
Tot slot
Project Renovatie Nijkerkerbrug, bekend als project DOEN, is
een uniek project waarbij door de samenwerkingsvorm de
technische kennis vanuit de marktpartijen en Rijkswaterstaat is
gecombineerd. Het ontwerpproces heeft ervoor gezorgd dat er
technische oplossingen konden worden bedacht door inzet van
kennis en ervaring van diverse vakmensen. Zo is gezamenlijk
tot een werkend en uitvoerbaar ontwerp gekomen met als
gevolg dat de brug blijft gespaard en de omgeving veel hinder
blijft bespaard. De samenwerkingsvorm biedt vele voordelen
voor de toekomst. De toegepaste technische oplossingen voor
de renovatie van de Nijkerkerbrug en de uitvoeringsperiode
met minimale hinder zijn veelbelovend, zeker gezien de onder -
houdsopgave die Nederland de komende decennia te wachten
staat. ?
Aanpak brugdek
De wegindeling, bestaande uit twee fietspaden aan de buitenzij -
den en een rijbaan van 7 m in het midden van de brug, blijft
behouden. Als afscheiding tussen rijbaan en fietspaden blijven
de huidige barriers aanwezig. Van het bestaande brugdek is met
aanvullende berekeningen aangetoond dat constructieve
versterking niet nodig was.
De fietspaden zijn voorzien van nieuw asfalt en de afwatering is
verbeterd. Het brugdek onder de fietspaden is waar nodig gere -
pareerd en voorzien van kathodische bescherming in de vorm
van opofferingsanodes ten behoeve van verlenging van de
levensduur van de reparaties. Ten behoeve van de reparatie -
werkzaamheden is een robot ingezet om slechte delen door
hydrodemolition, ook bekend als watersaneren, met zeer hoge
druk, weg te spuiten (foto 11).
De voegconstructies zijn vervangen voor renovatievoegen.
Overspanning Slingerweg
Het brugdeel boven de Slingerweg is compleet vervangen (foto
12). Dit brugdeel had te kampen met forse aanrijdschades. Er is
besloten de liggers van dit veld te vervangen door kokerliggers
en de doorrijdhoogte te vergroten waardoor deze 4,5 m zal zijn.
Hiermee is de hoogtebeperking ter hoogte van de Slingerweg
opgeheven en zijn daarom de hoogteportalen op de Slingerweg
verwijderd.
De beschreven constructieve versterkings- en beschermings -
werkzaamheden vonden plaats onder de brug en zijn uitge -
voerd terwijl het verkeer op de brug doorgang vond. Hierdoor
bleef de hinder voor personenauto´s, vracht- en landbouwver -
keer zeer beperkt.
Voor het vervangen van de voegovergangen en het plaatsen van
het nieuwe brugdeel boven de Slingerweg is de brug een regu -
lier weekend in mei 2018 en een lang weekend in juni 2018
afgesloten geweest voor verkeer.
De uitvoering van de gehele brug is gestart in september 2017.
De openstelling zal eind augustus 2018 plaatsvinden.
Meer informatie
Meer informatie, de laatste stand van zaken en
foto's staan op www.projectdoen.nu .
? PROJECTGEGEVENS
Project Renovatie Nijkerkerbrug
Opdrachtgever Rijkswaterstaat Midden-Nederland
Noord (interne opdrachtgever)
Projectteam DOEN projectteam Rijkswaterstaat
Opdrachtnemer Combinatie NU
(Aannemerscombinatie Mourik + BESIX)
Engineering ABT
Betononderhoud Vogel
11 Inzet van hydrodemolition robot ten behoeve van het sane - ren van de betonreparaties, foto: Mourik12 Vervangen van de overspanning over de Slingerweg, foto: Mourik
Minimale hinder dankzij samenwerking 5 2018
26
Onderzoek naar
de uiterste
draagcapaciteit
Op basis van een lineaire plaatberekening en nieuwe verkeersbelastingen voldeed de brug Veerse Heuvel in
Rotterdam (foto 1) niet, zelfs niet op afkeurniveau volgens NEN 8700. De unity check voor de buigendmo -
mentcapaciteit bedroeg 2,5. Uiteindelijk is alles op alles gezet om aan te tonen dat ingrijpen niet nodig was.
Complexe niet-lineaire berekeningen zijn uitgevoerd, waarbij rekening is gehouden met drukmembraanwer -
king en herverdeling van momenten.
Drukmembraanwerking in geïntegreerde brugconstructie Veerse Heuvel
1
Onderzoek naar de uiterste draagcapaciteit 5 2018
27
2,13
AS;2 AS;2
AS;1
AS;3
2,13
(= h.o.h. palen)
2,13 2,13
Vanaf 2006 is het ingenieursbureau van de gemeente Rotter -
dam intensief bezig geweest om de constructieve veiligheid van
haar bestaande kunstwerken vast te stellen en waar nodig te
herberekenen. Directe aanleiding in 2006 was de komst van
NEN 6706 (Verkeersbelastingen op bruggen), als voorloper op
de huidige Eurocode. Deze norm zorgde ervoor dat verkeers -
klasse 30, 45 en 60 werden vervangen door één zware verkeers -
klasse, namelijk LM1.
Inmiddels heeft gemeente Rotterdam haar zaken goed op orde
voor wat betreft het aantonen van constructieve veiligheid van
kunstwerken op basis van LM1. Veelal is het aantonen van de
constructieve veiligheid gelukt door het maken van lineaire
plaatberekeningen, met als toetsingskader de rekenregels uit de
Eurocode en de NEN 8700-serie. In sporadische gevallen heeft
dit geleid tot lastbeperkingen op bestaande bruggen, maar om
dit te voorkomen is alles uit de kast gehaald. Ook voor de brug
Veerse Heuvel is alles op alles gezet. Dit brugdek voldeed op
basis van een lineaire plaatberekening in ruime mate niet op
afkeurniveau aan de wettelijke sterkte-eis voor buiging met een
unity check van 2,5. Om toch aan te tonen dat het brugdek
sterk genoeg is, zijn complexe niet-lineaire berekeningen uitge -
voerd naar het draagmechanisme van drukmembraanwer -
king 1). In dit artikel worden de ins en outs van deze construc -
tieve niet-lineaire herberekening besproken.
Gegevens Veerse Heuvel
De brug Veerse Heuvel ligt op de overgang van de 's-Graven -
weg naar de Lilian Ngoyiweg in Rotterdam en is gebouwd in
1966. Over de brug rijden dagelijks zo'n 4000 voertuigen. De
brug is opgebouwd uit volgestorte gewapende prefab-betonnen
U-liggers met een overspanning van 5,4 m (fig. 2). Onbekend is
de verkeersklasse waarop de brug is ontworpen.
Van de oorspronkelijke bouw zijn enkele bestektekeningen
beschikbaar met de constructieve hoofdprincipes. Op deze
tekeningen is te zien dat het dek monoliet met wapening is
verbonden met de landhoofden (fig. 4). Het landhoofd is een
keerconstructie, bestaande uit een gordingbalk op betonnen
heipalen met daartussen betonnen damwanden.
Er missen voor de constructieve herberekening essentiële
archiefgegevens over de wapening. De belangrijkste gegevens
die missen zijn de wapeningskwaliteit(en), de wapeningsdia -
meters en de hart-op-hartafstanden van de wapening.
Het brugdek is in zeer goede staat; er is nauwelijks sprake van
materiaalafname, aantasting of scheurvorming na meer dan
vijftig jaar levensduur. De geheel in beton uitgevoerde land -
hoofden (damwanden en palen) maken de brug nagenoeg
onderhoudsvrij, doordat geen voegen aanwezig zijn. De brug is
gedurende zijn levensduur in ieder geval in 1979 heel zwaar
belast geweest, doordat voor de bouw van metrostation
Capelsebrug veel zandwagens over de brug reden.
Onderzoek wapening
Om de wapening vast te stellen, is deze op meerdere plaatsen
vrijgehakt en gescand. Geprobeerd is het vrijhakken tot een
minimum te beperken in verband met overlast, het aantasten
van de constructie en de kosten. Voor de veldwapening ( As;1 in
figuur 3) is Ø12-80 aangetroffen (geen voorspanning).
De wapening boven de landhoofden ( As;2 in figuur 3) is niet
vrijgehakt in verband met verkeershinder en kosten, maar is
wel gescand. Uit een wapeningsscan is echter nauwelijks een
Tako Heukels MSEng
dr.ir. Kees Blom
ir. Kambiz Elmi Anaraki
Ingenieursbureau Rotterdam
1 Het brugdek van de Veerse Heuvel2 Dwarsdoorsnede over brugdek3 Principe drukmembraanwerking
1) De naam drukmembraanwerking is voor de gedane analyse arbitrair. Een membraan is immers een 2D-plaat. Voor de brug is gekeken naar afdracht in één richting. Vanuit oogpunt van rekenmodellering zou het daarom dus beter zijn te spreken van drukboogwerking.
2
3
Onderzoek naar de uiterste draagcapaciteit 5 2018
28
20
10
5
35 betonnen dek
20 20
rollende inklemming aan onderzijde
bedding zand
bedding veen
11 11 2,5 2,5 33
27
100
4 Langsdoorsnede over landhoofd5 SCIA-model met momentenlijn UGT voorafgaande aan lineaire berekening, LM1 in midden van de overspanning6 Ingevoerd NL-EEM-model in ATENA
ging en wordt de onderzijde (die onder trek staat) langer. Dit
effect (verlenging trekzone) wordt versterkt door optredende
scheurvorming. Het langer worden van het brugdek wordt
verhinderd door de landhoofden, waardoor naast een buigend
moment ook een toenemende drukkracht in het dek optreedt.
Deze drukkracht is gunstig voor de bezwijkcapaciteit en is
afhankelijk van de stijfheid en sterkte van de horizontale
verhindering van het landhoofd.
Om deze drukmembraanwerking mee te nemen, is een niet-
lineaire eindige-elementenberekening (NL-EEM-berekening)
uitgevoerd. Om de drukmembraanwerking in een eindige-
elementenmodel te onderzoeken, is het de wens gebruik te
maken van een 2D-schijfmodel in ATENA (fig. 6). Het idee
daarachter is dat de rekentijden (terugbrengen aantal vrijheids -
graden ten opzichte van een volumemodel) beperkt blijven.
Zodoende kan eenvoudig en snel inzicht worden gekregen in
de gevoeligheid van parameters als stijfheden en wapening.
Belastingspreiding uit lineaire berekening
Het grootste aandeel van de verkeerslaststelsels uit de Eurocode
wapeningsdiameter af te leiden (wel een h.o.h.-afstand van 250
mm). Om die reden is in de niet-lineaire herberekening aan de
bovenzijde een conservatief geschatte wapening van Ø8-250
aangehouden. Ter plaatse van de landhoofden ( As;3) bleek
8 Ø16 per paal aanwezig te zijn.
De wapeningskwaliteit is niet beproefd. Hierdoor moest
worden uitgegaan van de minimale wapeningskwaliteit QR22
(fyk = 220 N/mm 2) uit de destijds gehanteerde GBV 1962. Ter
lering is de constructieve analyse met lineaire plaatberekenin -
gen ook uitgevoerd met een hogere wapeningskwaliteit QR48.
Dan voldoet het brugdek nog steeds niet aan het afkeurcrite -
rium. De betonsterkte is beproefd en vastgesteld op minimaal
sterkteklasse C70/85 voor het in het werk gestorte deel.
Eerste analyse
Uit een eerste analyse van de constructieve veiligheid, met
behulp van een lineaire plaatberekening en conservatieve
aannamen vanwege ontbrekende archiefgegevens, bleek dat het
brugdek alleen ten aanzien van het buigend moment niet
voldeed. Dwarskracht bleek in verband met de in de jaren
ontwikkelde betonsterkte geen enkel probleem. Gezien de staat
van de brug zou een discutabele keuze worden gemaakt als de
brug geheel zou worden vervangen of met een aanzienlijke last -
beperking zou worden gemarkeerd, alleen maar omdat archief -
gegevens missen. Besloten werd daarom een niet-lineaire
analyse te maken, waarbij de drukmembraanwerking is meege -
nomen. In de eerdere lineaire analyse was dit effect niet meege -
nomen.
Drukmembraanwerking
Om drukmembraanwerking te laten optreden, moet de hori -
zontale vervorming van het dek verhinderd zijn. In de
beschouwde situatie is daar sprake van (fig. 3 en 4). Bij toene -
mende verticale belasting op een brugdek vergroot de doorbui -
4 5
6
Onderzoek naar de uiterste draagcapaciteit 5 2018
29
0
30 60 90
120 150 180 210 240
0 20 406080100 120
normaaldruk [kN/0,5m]
oplegreactie in keerco
Reacties