ir.A.B.M. van der PlasGemeentewerken Rotterdam Metro naar HoogvlietConstructie van stations en viaductenInleidingNadat in 1968 de eerste metroverbinding in Rotterdam, die van Centraal-Statton tot Zuidpleinin gebruik werd genomen en in 1970 de verlenging van deze metrolijn van Zuidplein tot Slingegereedkwam (fig. 1), werd eveneens in 1970 de doortrekking van de metro ten zuiden van hetstationSlinge naar Hoogvliet, via Rhoon en Poortugaal, in uitvoering genomen (fig. 2). Debouwplannen zijn erop gericht dat de metro eind 1974 Hoogvliet met het hart van Rotterdamverbindt.Zoals op de gehele zuidelijke Maasoever het geval is, zal de metro naar Hoogvliet (fig. 2)bovengronds rijden. Na een metroviaduct over het havenspoor is het nieuwe tweesporigetrac? 9,3 km lang, waarvan 8,35 km als aardebaan wordt uitgevoerd. In deze aardebaan zijnnegen viaducten opgenomen in verband met kruisingen van wegen, leidingen en uitruksporennaar het nieuwe metro-emplacement Waalhaven. Dit emplacement wordt aangelegd op hetterrein tussen het huidige emplacement van de Nederlandse Spoorwegen en de GroeneKruisweg. Alleen in Hoogvliet wordt, opgenomen in de uitbreidingsplannen van deze stads-wijk, een aaneengesloten metroviaduct van 950 m lengte gebouwd.Het traject Slinge-Hoogvliet krijgt vijf stations: dit zijn van oost naar west de stations Rhoon,Poortugaal, Gadering, Hoogvliet en Zalmplaat. De rechte perrons van de stations worden120 m lang en 3,5 m breed. In het station Rhoon liggen de sporen ? niveau. De hal is ontwor-pen boven de sporen. Deze hooggelegen hal sluit aan op een viaduct voor voetgangers engewoon verkeer over de metrosporenen de Groene Kruisweg. De sporen van de stationsPoortugaal, Gadering en Zalmplaat liggen hoog, aansluitend op de aardebaan. De stations-hallen liggen op straatniveau, onder de metrosporen (fig. 3). Het station Hoogvliet is opgeno-men in het metroviaduct Hoogvliet. De hal van dit station bevindt zich op straatniveau (fig. 4).In het volgende wordt een overzicht gegeven van de belangrijkste constructies, waarbij uit-voeriger zal worden ingegaan op het ontwerp van het nieuwe metroviaductin Hoogvliet. Totslot wordt aandacht besteed aan twee bijzondere belastinggevallen, namelijk de belasting opc e n t r a a lLEUVEHAVEN1Metro-lijn Centreel-Steuon-Bltnqe2Trac? metro-lijn Slinge-Hoogvliet_ _ _ _ _ IN EXPLOITATIElN UITVOERINGlATERE.UITBREIDINGCement XXIV (1972) nr. 11EKOMSTIG4720,5KILOMETERS1,53Maquette station Poortugaal4Maquette station Hoogvliet5Principe doorsneden van een onderbeidstationhet metroviaduct ten gevolge van een moqelljke aanrijdinq bi] kruisingen met wegen voorgewoon verkeer en de belasting door 'voegloos spoor'.StationsUitgezonderd het station Hoogvliet zUn de metrostations eenvoudig van opzet en van landelijkkarakter. Door de perrons en sporen van de vier in de aardebaan opgenomen stations overde volle lengte te onderheien, kan de vereiste maatvastheid van de afstanden tussen rUtuigen perronrand, zowel verticaal als horizontaal verkregen worden (fig. 5).De draagconstructies bestaan uit onderhelde. ter plaatse gestorte, gewapend-betonbalkenhart op hartS m, in dwarsrichting. Deze balken dragen vier langsbalken waarop naast desporen de balken rusten die de perrons dragen. De vier langsbalken voor de metrosporenworden in het werk in twee fasen gestort. het tweede stort wordt de bovenzijde z? nauw-keurig op hoogte afgewerkt, dat voldaan wordt aan de strenge eisen die een directe spoor-staafbevestiging op betonnen langsbalken vereist. Delangsbalken die de perrons dragenworden gecombineerd met kabel- en watergoten. De stationshallen worden geheel inpend beton uitgevoerd.Interessant zUn de constructies van de metrobaan boven de hallen van de stations Poortugaalen Zalmplaat (fig. 6). Baan en perrons vormen hierbl] de doorsnede van de dragende gewa-pend-betonconstructies, waarmee de overspanningen worden gevormd.Het metrostation Hoogvliet is constructief verqelljkbaar met het station Slinge. Het station isontworpen uitgaande van de geprefabriceerde balken van voorgespannen beton die ook bUhet viaduct Hoogvliet worden toegepast. Vijf betonnen spanten in dwarsrichting (3 van gewa-pend beton en 2 van voorgespannen beton) dragen deze balken voor baan en perrons (fig. 7).De plaatselijk voorkomende overkapping van staal. en hout wordt gedragen door preflex-liggers.LANGSDOORSNEDE38S100860Cement XXIV (1972) nr. 11DWARSDOORSNEDE PERRON473DWARS!'IOORSNEDE VERBREED6vteductconstructie in de stations Poortugaalen Za/mp/aat285140 51199348rI1 1\I1285 140 52897113927Dwarsdoorsnede station HoogvlietViaducten voor kruisingen met wegen, spoorwegen en leidingenVan de negen viaducten zijn er zes ontworpen met geprefabriceerde standaardbalken vanvoorgespannen beton, de zgn. HIP-liggers. Drie viaducten worden geheel ter plaatse gestort.Vooral de korte beschikbare bouwtijd, bezwaren tegen het plaatsen van ondersteunlnqsbekts-tingen en vergelijkingen van kwaliteit en kosten met andereconstructietypen hebben geleidtot de keuze voor een bouwwijze met geprefabriceerde betonbalken. Afhankelijk van de situ-ering van het viaduct zijn hierbij twee constructietypen toegepast, namelijk ??n met in de asvan het viaduct geplaatste kolommen, waarbij in dwarsrichting geplaatste preflexliggers deondersteuningen van de HIP-balken vormen en ??n ontwerp met wanden over de volle breedtevan het viaduct (fig. 8).Bij drie viaducten is gekozen voor geheel ter plaatse betonneren. Deze keuze werd in belang-rijke mate bepaald door sterk afwijkende overspanningen, zeer scheve kruisingen, hogerebelastingen als gevolg van de hier noodzakelijke toepassing van een ballastbed in plaats vandirecte spoorbevestiging op betonnen langsliggers, gecombineerd met een beperking van detoegestane constructiehoogte. Uit architectonische overwegingen is de uitwendige vorm-geving van de negen viaducten volkomen gelijk gehouden (fig. 9).Zie 'Metroviaduct in Rotterdam-Zuid' doorirAJ.C.Dekker, Cement XVIII (1966) nr. 9,10en 12.Viaduct in HoogvlietEvenals bij huidige rnetroviaduct in Rotterdam-Zuid* is gekozen voor een constructievormmet geprefabriceerde betonbalken. Dit ultqanqspunt voor het ontwerp is gekozen vanuit deervaring en overtuiging dat bij een viaduct van deze lengte een consequent doorgevoerdeprefabricage de kwaliteit, de kosten en de bouwtijd ten goede komt. Het statisch bepaaldeviaduct is opgebouwd uit ter plaatse gemaakte pijlers en tussen de pijlers ingehangen gepre-fabriceerde balken, die in het werk twee aan twee tot ??n geheel worden gemaakt (fig. 10 en11).Cement XXIV (1972) nr. 11 474LANGSDOORSNEDEVOORSPAN-NG__olI ID WAR S D OOR SN. T. P. V.K 0 LOMI934_...IIDWAR S DOOR SN. T. P. V. PIJL E R8Twee typen viaductconstructies met HIP-liggers9a-bViaduct Zuidelijk Randpark; viaductOud-RhoonsedijkCement XXIV (1972) nr. 11 475lA/0Metroviaduct Hoogvliet825DOORSNEDE C-C DOORSNEDE A-Al1a-bmetro-viaduct HoogvlietCement XXIV (1972) nr. 11Elke pijler is op palen gefundeerd en bestaat uit een gewapend betonnen funderingsplaat,een gewapend-betonkolom en pijlerbalk.Bij het ontwerpen is dankbaar gebruik gemaakt van de ervaringen die bi] de voorbereiding,maar vooral bij de uitvoering van het huidige viaduct zijn opgedaan.De belanqrljkste kenmerken van het nieuwe viaductontwerp zijn:? een kolomafstand van ca. 30 m:? prismatisch gemodelleerde, centrale kolommen;? 'plllerbalken' op de kolommen, die in lengterichting gering van afmetingen zijn;? twee aparte balkroostersper overspanning zonder dwarsbalken in het veld.Uitgangspunt voor het ontwerp is voorts geweest het zoveel mogelijk beperken van de werk-zaamheden opde bouwplaats, met name wat betreft het betonneren en voorspannen.KolomafstandDe keuze van 30 m kolomafstand is bepaald door esthetische, stedebouwkundige en kosten-overwegingen. Uit architectonisch oogpunt zijn geringe constructie-afmetingen, die mogelijkzijn bi] geringe kolomafstanden, aantrekkelijk vanwege de menselljke schaal. Omdat ditviaduct zich in een nieuw gedeelte van Hoogvliet zal bevinden, kan stedebouwkundig reke-ning worden gehouden met dezekolomafstand. Gezien de kosten is een kolomafstand van ca.30 m optimaal (ca. 15% goedkoper dan een viaduct met kolomafstanden van ca. 45 m).476Cement XXIV (1972) nr. 11KolommenDe vorm van de gewapend-betonkolommen volgt uit het krachtenspel in de bovenbouw.Waren bi] het huidige metroviaduct de momenten in de kolommen in langs- en dwarsrichtingvan gelijke orde, wat leidde tot het toepassen van ronde kolommen, bl] dit viaduct overwegende momenten in dwarsrichting. De kolommen hebben dan ook relatief geringe afmetingen inlangsrichting en grote afmetingen" in dwarsrichting.P?lerbalkenOmdat, zoals bl] het huidige metroviaduct, uitgegaan is van centrale kolommen in de.as-Iljn vanhet viaduct, is een 'overgangsconstructie' noodzakelljk tussen de geprefabriceerde balken,die de overspanning vormen en de kolommen. Voor deze constructie is een keuze moqelljkonder meer tussen uitkragende kolomplaten. toegepastbU het huidige metroviaduct en pijler-balken. Vooral gezien de ervaring dat de uitkragende kolomplaten relatief kostbare en ver-tragende elementen in de viaductbouwzijn geweest, is gekozen voorpijlerbalken. Het con-structieve voordeel van uitkragende kolomplaten is dat de positieve momenten in het veldworden gereduceerd, omdat in de kolomplaten negatieve momenten kunnen worden opqeno-men. Hiertegenover kan worden gesteld dat de buigende momenten beter kunnen worden op-genomen in de geprefabriceerde liggers die van een hogere betonkwaliteit zijn dan de terplaatse gestorte kolomplaten.Bovendien zijn bij het ontwerp met pijlerbalken de buigende momenten door de verticalemobiele belasting in de kolommen, in langsrichting van het viaduct, gering. Dit heeft vooralgrote voordelen ten aanzien van de paalfundering. Voor de uitvoering van de gewapend be-tonnen pijlerbalken waren twee mogelijkheden: ter plaatse maken en prefabriceren. De aan-nemer heeft inmiddels voor de eerste mogelijkheid gekozen.Geprefabriceerde balken, balkroostersHet huidige metroviaduct bevat balkroosters opgebouwd uit vijf (voor het gedeelte tot Zuid-plein) en drie (voor het gedeelte Zuidplein - 8Hnge) geprefabriceerde liggers, die door dwars-balken en dek aan elkaar worden verbonden. Deze in het werk gebetonneerde en voorge-spannen dwarsbalken zijn berekend op dwarskrachten en momenten door excentrische belas-tingen.Gestuurd door nieuwe inzichten wordt er de laatste jaren naar gestreefd dergelijke viaductenzonder dwarsbalken in het veld uit te voeren. Dit kon ook bij het nieuwe metroviaduct wordengerealiseerd door de vier per overspanning toegepaste balken slechts twee aan twee te kop-pelen via dwarsbalken ter plaatse van de liggereinden en via het dek. Dit betekent dat ??nmetrotrein door twee balken wordt gedragen zonder dat van een belastingoverdracht naar deandere helft van het viaduct sprake is.In de aldus uit twee balken opgebouwde constructie vindt in dwarsrichting bij excentrischebelastingen (windbelastingen, centrifugaalkrachten of stoten, rustende belasting door voet-paden enz.) een belastingoverdracht plaats via het in dwarsrichting gewapende betonnenbrugdek en in geringe mate via de dwarsdrager bij de opleggingen.In de bocht (R = 300 m) wordt van de vier in ??n overspanning gelegen geprefabriceerdebalken de buitenste balk het zwaarst belast. Deze balk is dus rnaatgevend voor de dimensio-nering (fig. 12). In de middendoorsnede van de balk is het maximale moment geleverd doorrustende belasting 252,2 tfm en van de mobiele belastingen 160,5 tfm.De gekozen voorspanning bestaat voor een gedeelte uit voorgerekt staal, namelijk 18strengen QP 190, en voor een gedeelte uit na te spannen kabels, en wel 2 kabels BBRV 34draden 0 7 QP 170. De primaire voorspankracht van de strengen is .220 tf, de berekende ver-liezen ten gevolge van krimp, kruip, relaxatie en elastische vervormingen door het spannenvan de BBRV-kabels, bedragen 30,5%.De primaire voorspankracht van de 2 BBRV-kabels is 300 tf. De berekende verliezen doorkrimp, kruip en relaxatie bedragen 24%. De keuze van de voorspanning is mede bepaald doorde mogelijkheden van het fabriceren van deze balken door de fabrikant. De eerste, in hetlange-bank systeem van de fabriek passende voorspanning, de 18 wordt 16 uurna het storten aangebracht. De tweede voorspanning, de 2 BBRV-kabels, wordt aangebrachtop het tasveld van de fabriek, ca. drie weken na het storten van de balk. Het berekendebreukmoment van de middendoorsnede is, met inachtname van de aanwezige zachtstaaIwape-ning (6 0 22 FeB 48 HW NR) 893 tfm. Het scheurmoment is, uitgaande van de vereiste beton-kwaliteit K 600, 505 tfm. Bij de dimensionering van de wapening speelt, naar de oplegging toe,behalve de dwarskracht, het wringend moment een belangrijke rol. Het maximale wringendemoment is 15 tfm.De maximale oplegreactie van de ligger is 70 tf. De breukveiligheid van de tandvormigeliggereinden is berekend op 195 tf wanneer in het breukstadium de werkvoorspankracht isaangehouden en 247 tf wanneer in het breukstadium de vloeispanning in het voorspanstaalwordt aangehouden. Het zachtstaal. beugels en langswapening, vloeit in beide gevallen.De wapening in het dek tussen de beide langsliggers wordt bepaald door buigende en wrin-gende momenten en dwarskrachten in sneden evenwijdig aan de balken, die veroorzaaktworden door excentrisch aangrijpende verticale belastingen. De maximaal optredende rnornen-ten en dwarskrachten in het dek zijn Mb = 4,25 tfm/m', Mw = 0,5 tfm/m' en T = 2,8 tf/m'.Bijzondere belastinggevallen, afwijkende overspanningenHorizontale belasting door aanr?dingBij het ontwerp van het viaduct Hoogvliet, zoals hiervoor is beschreven, is geen rekening ge-houden met een horizontale belasting loodrecht op de as van het viaduct door aanrijding bij47712Geprefabriceerde voorgespannen betonbalkin viaduct Hoogvliet, metspanningsfigurenin de middendoorsnedeoe so j>2BBRV IZIJAANZICHT met+EG. +VAN DE ZWAAAST BELA5TEBALKE.G -met verLoop BBRV -ZACHTSTAALkruisingen met wegen. Het uitgangspunt moet zijn dat, waar aanrijding van de voorgespannenbalken niet is uitgesloten, zodanige constructieve maatregelen getroffen worden dat bij aan-rijding het metroverkeer niet langdurig wordt gestoord.Een groot probleem vormt hierbij het feit dat de grootte van de kracht bij aanrijding en dehiermee gepaard gaande beschadiging aan de constructie theoretisch moeilijk is te benade-ren. Alleen een gedegen theoretische analyse van de gevallen van aanrijding in Nederland,waarbij het verband tussen gewichten en afmetingen van auto's, vrije hoogten van viaducten,constructietypen en situering van viaducten, mate van beschadiging enz. wordt vastgesteld,kan een betrouwbare basis leveren voor een richtlijn. Juist voor viaducten opgebouwd metgeprefabriceerde balken, die kwetsbaar zijn voor deze horizontale belastingen bij aanrijdin-gen, is het urgent dat het initiatief wordt genomen deze analyse tot stand te brengen en daar-door tot uniforme richtlijnen te komen.Voor het metroviaduct Hoogvliet zijn de volgende richtlijnen gehanteerd:? voor viaductgedeelten over wegen, waarop zwaar vrachtverkeer niet is uitgeslotenenwaarvan de vrije hoogten kleiner zijn dan 4 m, geldt dat een horizontale kracht van200 tf tegen de onderkant van het viaduct niet tot bezwijken van de constructie mag leiden;? voor overspanningen met een vrije hoogte tussen 4 en 5 m geldt hiervoor een kracht van100 tf;? voor overspanningen met een vrije hoogte groter dan 5 m behoeft niet op aanrijdingente worden gerekend.De consequenties hiervan voor het viaduct Hoogvliet zijn dat zes van de totaal 33 overspan-ningen afwijkend worden uitgevoerd. Twee voorgespannen en in het werk gemaakte dwars-balken in het veld vormen hierbij samen met de vier geprefabriceerde balken een balkrooster.Voorts completeren gewapend-betonplaten tussen de onderflenzen van de balken, die ??ngeheel vormen met de dwarsbalken, de constructie. Tandconstructies in het dek tussen debalkroosters en de pijlerbalken brengen de horizontale krachten over op de kolommen. Aldusheeft het viaduct plaatselijk voldoende incasseringsvermogen voor exceptionele horizontalebelastingen door aanrijding.Horizontale belasting door toepassing voegloos spoorHet toepassen van voegloze spoorstaven heeft grote voordelen wat betreft geluid, rijcomforten onderhoud van de spoorstaven. Op de in bedrijf zijnde metrobaan, waarbij zowel in detunnel als op het viaduct voeg loos spoor is toegepast, zijn deze voordelen duidelijk gebleken.Ook het nieuwe metrovladuet in Hoogvliet zal derhalve worden uitgevoerd met spoorstavenzonder voegen. Op de aardebaan wordt het, vanwege de te verwachten zettingen, vooralsnogniet verantwoord geacht volledig voegloosspoor toe te passen. Er wordt van uitgegaan datook hier tot het voegloos maken van de sporen kan worden overgegaan, wanneer de onder-grond voldoende is gestabiliseerd.Bij extreme temperaturen kunnen de krachten in de voegloze staven tot 60 tf per staaf, drukresp. trek, oplopen. Deze krachten moeten aan de einden in de spoorstaven worden opge-bouwd en worden opgenomen door de constructie of het grondlichaam.Cement XXIV (1972) nr. 11 478De spoorstaven van Centraal-Station tot Slinge worden verankerd op een achter het viaductover het havenspoor gelegen betonconstructie. Deze doosvormige constructie is in staatonder minimale horizontale verplaatsing (enkele millimeters) een kracht op te nemen van 4>