themaOpwaarderen met externe voorspanning3201230themaBij het opwaarderen van bestaande constructies met voorspanning gaat het veelal om `externe' voorspanning omdathet niet meer mogelijk is een systeem in de doorsnede vande constructie op te nemen. Externe voorspanning heeft zichinmiddels bewezen als een betrouwbare methode voor hetversterken van vooral grotere bruggen. De constructie wordtdaarbij voorzien van uitwendige voorspankabels, die metankerblokken en afbuigpunten (deviatoren) in een bepaaldOpwaarderenmet externevoorspanningVanafhalverwegede20eeeuwheeftvoorspanningzichontwikkeldtoteentechniekdievaakvanzelfsprekendisvoornieuwebeton-constructies.Detechniekheeftdemogelijkhedenvanbeton,maarookstaal,indeloopderjarenenormvergroot.Dezetechniekkannu,grofweg50jaarlater,opnieuweenbelangrijkerolvervullenbijhetopwaarderenenverduurzamenvandiezelfdeconstructies.Aanpassing bestaande constructies overbodig met nieuwe systemen1Opwaarderen met externe voorspanning 32012 31ing. Ruud MeijerFreyssinet1 Het Burnley Viaduct in Melbourne, Australi?:werk in uitvoering2 R-voorspananker met links de voorspanka-bel en wigverankering en rechts deFreyssibar voorspanstaaf t.b.v. de veranke-ring op wrijvingR-systeemEen goed voorbeeld van een situatie waarbij een regulier externvoorspansysteem geen wenselijke oplossing biedt, is hetBurnley Viaduct in Melbourne, Australi? (foto 1). De dwarskrachtcapaciteit van de betonnen liggers was niet afdoende.Alleen door het viaduct actief te versterken, kon de huidigefunctie van het kunstwerk behouden blijven.Het Burnley Viaduct bestaat uit geprefabriceerde Iliggersmet een in het werk gestorte druklaag. Het kunstwerk heeftnegen overspanningen van 20 m en heeft een constructiehoogte van 800 mm. Een voorwaarde voor de applicatie vaneen voorspansysteem was dat de voorspankabels aan zoudengrijpen boven de opleggingen van de liggers. Dit was nodig inverband met ongewenste trekspanningen die anders achter devoorspanverankeringen in de constructie zouden optreden.Ter plaatse van de opleggingen ontbrak echter de ruimtevoor ankerblokken. Bovendien zou de benodigde ruimtevoor de spanwerkzaamheden achter de verankeringen in hetgeheel ontbreken door de aanwezigheid van een doorgaandeeindbalk in dwarsrichting van het dek. Het aanbrengen vaneen regulier extern voorspansysteem is dan alleen mogelijkdoor de velden ??n voor ??n op te vijzelen, zodat de kopsekanten van de liggers bereikbaar zijn voor de benodigdeaanpassingen.Voor de hierboven genoemde situaties is het zogenoemdeRsysteem ontwikkeld. Dit systeem kon eenvoudig op deconstructie worden aangebracht zonder dat het verkeer op hetviaduct hiervan hinder heeft ondervonden. Het Rsysteembestaat uit de volgende onderdelen:kabelverloop worden aangebracht. Ter plaatse van dezeverankerings en deviatiepunten grijpt de kracht uit de voorspankabel aan op de constructie, waardoor de draagkrachtkan worden vergroot. Voor het oplossen van de dwarskrachtproblematiek van kokerbruggen zoals de IJsselbrug bijDeventer, de brug bij Heteren over de Nederrijn en deviaducten in knooppunt Eemnes [1] is externe voorspanningeen goede methode gebleken.De bekende externe voorspansystemen zijn doorgaans van eenzwaar kaliber (meer strengen per kabel), waarbij aanpassingvan de bestaande constructie noodzakelijk is om de grotegeconcentreerde voorspankrachten in te kunnen leiden. Dekokervormige doorsnede van de hiervoor genoemde bruggenleent zich goed voor inpassing van de voorzieningen die voorde externe voorspansystemen nodig zijn.Deze aanpassingen zijn echter niet altijd mogelijk of wenselijk.Bij bijvoorbeeld kleinere viaducten of meer complexe constructies in de utiliteits en industriebouw is er vaak onvoldoenderuimte voor het inpassen van zware ankerblokken of deviatiepunten om de voorspanning op de gewenste punten aan te latengrijpen. Freyssinet heeft daarom twee alternatieve voorspansystemen ontwikkeld waarbij aanpassing van de te versterkenconstructie niet nodig is of tot een minimum beperkt blijft. Debelangrijkste eigenschap van beide systemen is dat de voorspankabels uit een enkele streng bestaan en daardoor eenvoudig in debestaande constructie kunnen worden ingepast. Bij verschillenderenovatieprojecten wereldwijd zijn deze systemen succesvolgebleken. Aan de hand van uitgevoerde projecten wordt hieronder op de mogelijkheden van deze systemen ingegaan.2themaOpwaarderen met externe voorspanning32012323 Voorspankabels ter plaatse van verankering, voorafgaand aan het plaatsen vande afdichtingen4 Versterking silo's met externe voorspanning in Brezg, Polendwarsbalk boven het steunpunt. Terwijl de voorspankrachtop de constructie aangrijpt op de gewenste positie boven deoplegging, is de wigverankering van de voorspanstreng meteen speciale monovijzel bereikbaar. De lengte van de bij hetBurnley Viaduct toegepaste verankeringen bedraagt 750mm.Het voorspanelement bestaat uit een vetstreng uit hoogwaardig staal. Deze streng is opgenomen in een kleine HPDEomhullingsbuis die waterdicht aansluit op de verankeringselementen. De ruimte tussen de omhullingsbuis en devetstreng wordt via de verankeringen ge?njecteerd met eencementmortel voorafgaand aan het spannen. Op deze wijzeis de voorspanstreng voorzien van een corrosiebeschermingbestaande uit een tweevoudige barri?re:? de HDPE mantel van de streng, gevuld met vet;? de HDPE buis, waarin de vetstreng is geregen, ge?njecteerdmet een cementmortel.? voorspanstreng ?15,7 (150 mm?) FeP1860 voorzien van eenHDPE mantel gevuld met vet;? PE omhullingsbuis ?30 mm;? stalen 1R15 ankerelement met een wigverankering en HDPEafdichtingen;? Freyssibar voorspanstaaf ?26,5 mm FeP1030.De voorspankracht in de kabel wordt op de constructie overgebracht door wrijving tussen de 1R15verankering en hetopgeruwde betonoppervlak van de betonconstructie. De wrijving wordt gegenereerd door de voorspanstaaf die loodrechtdoor het lijf van de betonnen ligger wordt aangebracht (fig. 2).Om een zo hoog mogelijke wrijving tussen de verankering enhet beton te verkrijgen, is het contactvlak behandeld met eenepoxymortel. Doordat het verankeringselement direct tegen dete versterken constructie wordt gespannen, blijft een ankerblokhier in zijn geheel achterwege.De voorspanstreng grijpt aan ter plaatse van de wigverankering op het uiteinde van het Ranker. Hierdoor is ervoldoende ruimte aanwezig tussen de wigverankering en de3Opwaarderen met externe voorspanning 32012 334X-systeemEen ander voorbeeld van een situatie waarbij zware externevoorspansystemen moeilijk inpasbaar zijn, zijn silovormigeconstructies. Bij diverse opslagtanks zijn de afgelopen jarenproblemen geconstateerd met de horizontale wapening. Doorde doorgaans agressieve milieus waarin de betonconstructieszich bevinden, is de wapening soms aangetast door corrosie.De verhoogde trekspanning in de verminderde doorsnede vande wapening kan leiden tot scheurvorming in het beton, waardoor de beschermende werking van de dekking aanzienlijkwordt verminderd. Een versnelde aantasting van de wapeningen toename van de scheurvorming zijn hiervan het gevolg.Een effectieve en duurzame oplossing bij dergelijke schadebeelden is het voorspannen van de constructie, zodat de betondoorsnede onder een permanente drukspanning wordtgebracht. Scheuren in de betondoorsnede worden dichtgedrukt, waardoor de conserverende werking van debetondekking wordt hersteld (eventueel in combinatie metreparatiewerkzaamheden aan het beton).Deze methode is inmiddels toegepast bij diverse silo's. Tweevoorbeelden daarvan zijn de silo's in Bregz in het zuidwestenvan Polen (foto 4) en de silo's in Arcis sur Aube in het noordenvan Frankrijk. Verdeeld over de hoogte van de silo's zijn voorgespannen ringen aangebracht. Alle ringen bestaan uit ??nAfhankelijk van de omgeving waarin het systeem wordtaangebracht of de vereiste levensduur van het systeem, kan eraanvullend voor worden gekozen het staal van de strengen tegalvaniseren.Om de Iliggers voldoende dwarskrachtcapaciteit te geven, zijner aan weerszijde van elke ligger drie 1R15kabels toegepast. Inde lengterichting van de overspanning zijn op twee puntenstalen deviatoren tegen de onderzijde van de ligger geplaatst,waarmee het gewenste voorspanverloop is verkregen. Doordatde drie kabels niet op het zelfde punt van de ligger kunnenworden verankerd, verschilt het voorspanverloop per kabel. Terplaatse van de deviator komen de kabels samen waar deze dooreen gebogen stalen buis met de juiste straal worden afgebogen(foto 3).Het Rsysteem is een succesvolle methode gebleken om hetviaduct te voorzien van externe voorspanning zonder datnoemenswaardige aanpassingen van de constructie noodzakelijk waren. Hierdoor is er geen hinder opgetreden voor hetverkeer over het viaduct en zijn ook de werkzaamheden aan deonderzijde binnen een kort tijdspad afgerond. Na de eerstegrootschalige toepassing van het systeem bij het BurnleyViaduct in 2011 is deze techniek met succes toegepast bijdiverse andere projecten waar de ruimte voor het inpassen vanvoorspanwapening beperkt was.themaOpwaarderen met externe voorspanning320123455 Samenstelling van het 1X15-systeemVoor situaties waarbij een grote hoeveelheid voorspanningbenodigd is, is het 2X15anker ontworpen. Met het compacte2X15anker kunnen twee ringen worden verankerd aan ??nverankering. Hiermee kunnen tot achttien strengen per meterworden aangebracht. Vooral bij lager gelegen secties van desilo, waar de (vloeistof)druk het hoogste is, is een kleinereh.o.h.afstand van de kabels gewenst.ConclusieDe voorspansystemen zoals toegepast bij het Burnley Viaductin Melbourne en de silo's in Brezg en Arcis sur Aube vergengeen of hooguit een geringe aanpassing van de bestaandeconstructie en zijn daardoor eenvoudig inpasbaar. Dankzij demogelijkheden die de systemen bieden om het voorspanstaalgoed te beschermen, zijn deze ook geschikt voor toepassing inagressieve milieus. Externe voorspanning is niet langerweggelegd voor alleen de grotere bruggen, maar biedt nu doorde eenvoudige inpasbaarheid van de hierboven beschrevensystemen ook mogelijkheden voor het opwaarderen van kleinere en meer complexe constructies. streng ?15,7 mm FeP1860. Afhankelijk van de trekspanning inde betondoorsnede (als resultante van de drukspanning binnenin de tank) zijn deze ringen met een vari?rende h.o.h.afstandtoegepast. Voor deze ringen is een verankering ontwikkeldwaarbij de voorspankabel aan zichzelf wordt verankerd. Eenring bestaat uit ??n voorspanstreng en een verankering die deuiteindes van de streng aan elkaar verbindt. Spanconsoles ofankerblokken zijn hierbij dus niet nodig.Dit Xsysteem bestaat uit de volgende onderdelen:? voorspanstreng ?15,7 (150 mm?) FeP1860 voorzien van eenHDPE mantel gevuld met vet;? PE omhullingsbuis ?30 mm;? stalen ankerelement met een wigverankering en HDPEafdichtingen.De samenstelling van het Xsysteem is weergegeven in figuur 5.Net als bij het Rsysteem is de voorspankabel opgebouwd uiteen vetstreng die is opgenomen in een grotere HDPE omhullingsbuis. Hier is dus ook sprake van een tweevoudige barri?retegen het indringen van vocht in het systeem. Met afstandhouders wordt ervoor gezorgd dat de vetstreng centraal in deomhullingsbuis is gepositioneerd. Voorafgaand aan hetspannen van de voorspanstreng wordt de omhullingsbuis meteen cementmortel ge?njecteerd. Hierdoor wordt de voorspankracht uit de compacte streng over een groter oppervlak van debestaande betonconstructie gespreid. De voorspankabel wordtzonder aanvullende maatregelen om het bestaande oppervlaktevan de tankwand gespannen. Voor de duurzaamheid van hetbeton en van het voorspansysteem is het van belang dat decontactspanning tussen de kabel en het beton niet te hoogwordt. LiteRatuuR1 Munck, S.R. de, Lugtmeier, C., Verweij, A.T.W.G. &Winter, E.P.J. de, Externe voorspanning versterktkunstwerken knooppunt Eemnes. Cement 2008/5.