Doorgaande voorspanning in gekromde f ietsbrug Brug Onderbanken in de N274 1 Pijler fietsbrug over de N274 met enkele oplegging en fixatie in dwarsrichting, foto: Henk Snaterse / ipv Delft De nieuwe fietsbrug over de N274 bij Schinveld (Limburg) valt niet alleen op door het geïntegreerde kunstobject, maar vooral ook door het doorlopende slanke dek (foto 1). Dit 188 m lange dek is in het werk gestort, ligt in een bocht en is over de gehele lengte voorgespannen. 1 6? CEMENT 5 2020 Ontwerp en realisatie van de brug maakten deel uit van de recon- structie en aanpassing van de N274 in de gemeente Beekdaelen (voorheen Onderbanken). Met de brug is voor fietsers een veilige oversteek gecreëerd ter hoogte van de nieuwe turbo- rotonde bij de Jabeekerweg. Samen met drie kunstobjecten accentueert de brug de poortfunctie voor de plusregio Parkstad, bij de grens met Duitsland. Tracéstudie Aan het ontwerp van de brug ging een uitge- breide variantenstudie vooraf. Ipv Delft zocht daarbij met een werkgroep naar het meest geschikte tracé op basis van onder meer land - schappelijke inpassing, fietserscomfort en uitvoeringskosten. Dit leidde tot een 350 m lang tracé, dat bestaat uit een 188 m lange brugconstructie met een fietspad op grond - lichamen aan weerszijden (fig. 2). In boven - aanzicht vormt de gehele brug een lange bocht met een radius van 185 m. De ontwerpers stond een zo slank mo- gelijke brug voor ogen met grote overspan - ningen. Om dit mogelijk te maken is gekozen voor een geheel in het werk gestorte con - structie met doorlopende voorspanning. Zowel pijlers als brugdek zijn ter plaatste gestort. Dankzij deze uitvoeringsmethode heeft de brug een doorlopend dek gekregen dat zorgt voor een helder en continu beeld. Door de grote overspanningen is de ruimte onder de brug vrij in te delen en bleef het zicht op het kenmerkende landschap intact. De optie met prefab brugdekdelen werd ook onderzocht, evenals prefab dekde- len in combinatie met natte knopen. Prefab bleek met name qua bouwtijd voordeliger te zijn, maar was tegelijkertijd ook duurder, meer onderhoudsgevoelig en minder slank. Bovendien zouden de brugdekdelen te groot en zwaar (280 ton) zijn voor transport. Ook de combinatie van een prefab dek met de gewenste slanke steunpunten zou de uitvoe- ring er niet makkelijker op maken. Een eventuele deling van de prefab dekken in kleinere secties is overwogen, maar bracht ongewenste consequenties en risico's met zich mee. Een in het werk gestort en voorge- spannen dek bleek de beste optie. PROJECTGEGEVENS project Poort van Parkstad, fietsbrug N274 Onderbanken opdrachtgever Provincie Limburg architect brug ipv Delft constructeur definitief ontwerp Adams Civiel Advies, Jeroen Koot Constructie Advies ontwerper stalen kunstobjecten Marijke de Goeij aannemer BAM Infra Regionaal constructeur uitvoeringsontwerp Palte B.V. leverancier voorspanning Dywidag Systems International leverancier voegen en opleggingen Freyssinet oplevering april 2019 CEMENT 5 2020 ?7 Brugdek Om de haalbaarheid van de voorspanning in het brugdek te onderzoeken, voerden constructeur en ontwerper een studie uit, waarbij zaken als bouwfasering, principe van stortnaden, globale hoeveelheid voor- spanning én het voorspanverloop werden beschouwd. Een massieve doorsnede was daarbij het uitgangspunt. De beoogde slanke constructie vroeg namelijk om relatief hoge voorspanning, met een groot aantal meer- veldse kabels. Die kabels lopen van hoog boven de steunpunten naar laag in het veld- midden. Hierdoor was de ruimte voor ge- wichtsbesparende holtes beperkt en zou toepassing van holtes bovendien zowel ont- werp als uitvoering complexer maken. De studie leidde tot het vastleggen van het principe van de voorspanning: 8 kabels uit 19 strengen van 150 mm die gefaseerd wor- den voorgespannen (Zie verder onder 'Voor- spanning'). Het 188 m lange dek van de fietsbrug is 4,85 m breed en verdeeld in vijf tussenvel - den van 28 m en twee eindvelden van 24 m (fig. 2). Het streven om de krachten en ver- vormingen in het gehele brugdek van dezelf - de orde van grootte te krijgen, leidde tot de kortere eindvelden. Uit esthetisch oogpunt werd gekozen voor een dek met gekromde onderzijde (fig. 3). De maximale dikte is 1,1 m en de betonsterkteklasse is C35/45. Dankzij de constante bochtstraal is het gehele dek met één en dezelfde mal ge- maakt die per brugdeel van 28 m bestond uit vier mallen van 7 m. Om reden van es- thetiek, budget en uitvoerbaarheid is de ge- hele brugconstructie na de bouw gekeimd. 2 Dwarsdoorsnede brug, bron: ipv Delft 3 Dekdoorsnede, bron: ipv Delft IR. ROB ARTS RC senior adviseur constructies Adams Civiel Advies IR. CHRISTA VAN DEN BERG tekstschrijver ipv Delft creatieve ingenieursauteurs 8? CEMENT 5 2020 2 3 De aangebrachte laag mineraalverf zorgt voor een uniforme kleurstelling van het beton (foto 4). Bekisting pijlers Behalve het brugdek zijn ook alle pijlers in het werk gestort. De steunpunten zijn zo ontworpen, dat de aannemer op basis van zijn eigen bouwfasering het aantal te ge- bruiken bekistingen kon kiezen. Hierbij was toepassing van een enkele mal een van de opties. Uiteindelijk zijn ze inderdaad alle met dezelfde mal gemaakt (foto 5). Toch zijn de pijlers allemaal anders qua afmetingen: de hoogte varieert en ook wat breedte betreft zijn er twee types. Er is gekozen voor ellips- vormige pijlers die naar boven toe subtiel verbreden. De drie pijlers (as 5, 6 en 7) ter plaatse van de rotonde verlopen in breedte van circa 1700 mm aan de voet tot 2000 mm bij het brugdek, de overige pijlers (as 3, 4 en 8) verlopen van 1330-1400 mm aan de voet tot 1600 mm bij het brugdek. Doordat afron - ding en dikte (maximaal 850 mm) in alle steunpunten gelijk is gehouden, kon één mal volstaan. De onderzijde van de mal is naar wens ingekort en voor de breedste kolom - men werd een inzetstuk gebruikt. Mortelschroefpalen De pijlers zijn gefundeerd op een in het werk gestorte poer op schoorpalen (fig. 6). Vanwege de aanwezigheid van zeer harde bovenlagen is de brug gefundeerd op mortel - schroefpalen Ø550 mm met maximale schoorstand 8:1. De schoorstand was mede vanwege de relatief geringe lengte goed te realiseren. Onder de drie grootste steunpun - ten staan in het werk gestorte 10-paals poe- ren met een afmeting van 6,5 x 2,6 x 1,4 m³, de overige zijn gefundeerd op in situ 6-paals poeren van 3,4 x 2,4 x 1,4 m³. Botsbelasting Voor de dimensionering van de steunpunten en onderbouw was de botsbelasting, naast het eigen gewicht en de verkeersbelasting, van groot belang. De calamiteit was hier ruimschoots maatgevend. De N274 is een provinciale weg. Voor provinciale wegen moet normaliter de hoogste categorie van tabel NB.1 ? 4.1 van NEN-EN 1991-1-7 te wor- den aangehouden. Omdat de brug de pro- vinciale weg echter kruist ter plaatse van de rotonde, werd bepaald dat de brug qua bots- belasting op de tweede categorie kon worden berekend: rijkswegen in landelijk gebied. De snelheid waarmee voertuigen de brug pas- seren, zal relatief laag zijn; het verkeer moet afremmen voor ze de rotonde oprijden. De brug heeft een vereiste vrije onder- doorgang van 4,6 m. Dit betekende dat er geen reductie van de botsbelasting mogelijk was. Dit alles leverde een botsbelasting op van F dx = 1500 kN, F dy = 750 kN. Zo werd voor- komen dat de brug onnodig fors en duur zou zijn. 4 Al het beton van de brug is uiteindelijk gekeimd, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft CEMENT 5 2020 ?9 4 Logischerwijs wordt een eventuele stootbelas- ting met name opgenomen door de steun- punten rond de rotonde (fig. 7). Daarom zijn deze pijlers forser uitgevoerd. De pijler op as 6, in het midden van de rotonde, is ontworpen als het vaste punt van de brug. Bij een botsing tegen het dek neemt dit steunpunt het groot- ste aandeel van de botsbelasting op. Het door- gaande dek is vervolgens in staat de botsbe- lasting te verdelen over meerdere pijlers. De zware wapening van Ø40 mm moest rechtstreeks vanuit de poer in de pijler doorlopen, zonder overlappingslassen. In dergelijke gevallen mag het wapenings- percentage hoger zijn dan 4%. Fixatie De pijlers nabij de rotonde (as 5, 6 en 7) zijn uitgevoerd met twee oplegpunten. De pijlers op as 3, 4 en 8 hebben één centrale opleg - ging (fig. 7). Er is gekozen voor opleggingen met een fixatie in dwarsrichting. Alleen de 5 5 Voor het storten van alle pijlers volstond één houten mal, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft pijler op de rotonde heeft fixaties in zowel langs- als dwarsrichting. Het brugdek kan zo de vervorming onder invloed van tempe- ratuur in lengterichting hoofdzakelijk vrij ondergaan en blijft in dwarsrichting op zijn plaats. Horizontale belastingen in dwars- richting worden op elke as door de discrete fixatie opgenomen. Er zijn staalgewapende rubber opleg - blokken toegepast met geïntegreerde staal - fixaties. Op een zo laat mogelijk moment tijdens de bouw is de scheefstand van de rubber opleggingen door de tot dan toe op- getreden krimp, kruip en voorspanning geneutraliseerd. Dit gebeurde door het dek kort op te vijzelen en daarna weer te laten zakken. Bij de landhoofden werden in een zo laat mogelijk stadium voegen van het type Freyssinet Multiflex SX270 aangebracht. Dit zodat een deel van de vervormingen door krimp en kruip onder invloed van de voor- spanning al had plaatsgevonden. Het slanke ontwerp met grote overspanningen vroeg om een in het werk gestorte constructie met doorlopende voorspanning 10? CEMENT 5 2020 6 7 De pijlers zijn ondanks variërende afmetingen met dezelfde mal gemaakt methode te kiezen waarbij de bekisting vaker kon worden gebruikt. Het had uitein- delijk ook met minder bekisting gekund, maar dan was de bouwtijd langer geweest. De toegepaste langsvoorspanning is opge- bouwd uit een 19 strengs-systeem. Iedere fase werd apart voorgespannen met vier voorspankabels die zorgden voor evenwicht tussen eigen gewicht en de voorspanning. Met vier afgespannen kabels voldeed het dek in de bouwfase en was het mogelijk te ontkisten voordat de volledige voorspanning aanwezig was. De bekisting werd vervol - Voorspanning De definitieve engineering van de voorspan - ning is in de uitvoeringsfase gedaan. De aan - nemer kreeg hierbij de vrijheid om de bouwmethode binnen de in het bestek ge- noemde randvoorwaarden aan te passen. Verder waren er optimalisaties mogelijk in bijvoorbeeld de keuze van de sterkteklasse van het beton, het verloop van de voorspan - ning, het toepassen van sparingbuizen, de positie van de stortnaden, de mate van voor- spanning en de toepassing van traditionele wapening (foto 8). Al deze randvoorwaarden bepaalden uiteindelijk de keuze voor het aantal velden per stort. Er is gestort in drie fasen (fig. 6) met twee stortnaden uit het zicht van de rotonde. De eerste stort betrof het midden - gedeelte van de brug nabij de rotonde op as 5-7. De tweede en derde stort betrof de velden vanaf de landhoofden tot aan deze stortnaden. De kunst was een uitvoerings- 6  De fundering in 3D, bron: Palte B.V. 7  Botsbelasting, bron: ipv Delft knip knip stort 2 as 2-5 stort 1 as 5-7 stort 3 as 7-9 CEMENT 5 2020 ?11 10 Omdat de brug de provinciale weg kruist ter plaatse van een rotonde, kon de botsbelasting voor rijkswegen in landelijke gebieden worden aangehouden 8 9 8 De bekisting en wapening van een brugdeel met doorvoeren voor de voorspanning, foto: Joost Vreugdenhil / ipv Delft 9 Langsvoorspanning, bron: Palte B.V. 10 Verbinding kunstobject-brugrand, bron: ipv Delft 12? CEMENT 5 2020 gens voor de volgende fase opnieuw gebruikt. Wat meespeelde bij het aanbrengen van de voorspanning, was dat fase 1 niet direct op honderd procent kon worden afge- spannen. Er zou dan te veel trek boven het steunpunt ontstaan, doordat het moment door het eigen gewicht van de uitkraging naar de stortnaad kleiner is dan het mo- ment uit de voorspanning.De voorspankabels werden iedere keer doorgekoppeld met speciale voorspan - koppen. In de eindfase zijn nog vier kabels over de gehele lengte van de brug voorge- KUNSTOBJECTEN Bij de uitwerking van het brugontwerp vroeg ook de aansluiting van het centrale kunstobject met stalen kubussen om aan- dacht. Dit object vormt een geheel met de twee kleinere kunstobjecten aan weerszij- den van de brug en de brug zelf. Elk object is opgebouwd uit een stapeling van kubus- sen uit stalen buisprofielen. Tezamen visua- liseren ze de poortfunctie van de brug. Het grootste kunstobject is daadwerkelijk spannen. Dat gebeurde tweezijdig om de verliezen te beperken. Het totaal aan voor- spankabels komt zo op 8 per doorsnede, conform de uitgangspunten van het DO (fig. 9). Uitgebalanceerd kunstwerk Het eindresultaat is een slanke witte brug die in één vloeiende beweging door het land - schap snijdt en fietsers snel en veilig de N274 laat kruisen. Kunstobjecten en fiets- brug vormen samen een uitgebalanceerd kunstwerk. geïntegreerd in de brugconstructie: de bevestiging bevindt zich uit het zicht. Het kunstwerk is met stalen oplegschoenen en DEMU-ankers bevestigd aan het betonnen brugdek (fig. 10). Toegepast zijn twee rijen ankers van vier stuks DEMU 3010 M30x155 A4-80. De oplegschoenen zijn in een inkas- sing geplaatst, zodat het rvs spijlenhekwerk van de brug vloeiend doorloopt (foto 11). Bovendien zorgde de plaatsing van de ver- binding in een inkassing voor een groter contactoppervlak, waardoor er meer ruimte was voor de benodigde ankers. Het hekwerk is hier overigens aangebracht op een overbruggingsconstructie in rvs bestaande uit een geïntegreerde koker. Vanwege de hoogte van het kunstobject, zijn de ankers mede getoetst op vermoeiing door windbelasting op de kubusstapeling. De brugrand zelf is voorzien van splijtwapening. 11 11 Het grootste kunstobject is zo gemonteerd, dat de brugrand doorloopt, foto: Henk Snaterse / ipv Delft CEMENT 5 2020 ?13