Na een optimale samenwerking tussen opdrachtgever en opdrachtnemer is eind 2014 een fietsbrug opgeleverd aan de Sydneystraat in Rotterdam. De brug wordt gekenmerkt door een slank ontwerp van beton met nagerekte voorspanning en achteraf geïnjecteerde voorspankanalen. Bij het ontwerp speelden voetgangersdynamica en een onderzoek naar de slankheid van het brugdek een grote rol.
20
Dynamica van
fietsbrug belicht
1
Fietsbrug Sydneystraat: een voorbeeld van nauwe
samenwerking tussen overheden en markt
Na een optimale samenwerking tussen opdracht-
gever en opdrachtnemer is eind 2014 een fietsbrug
opgeleverd aan de Sydneystraat in Rotterdam. De
brug wordt gekenmerkt door een slank ontwerp van beton met nagerekte voorspanning en achteraf
geïnjecteerde voorspankanalen. Bij het ontwerp
speelden voetgangersdynamica en een onderzoek
naar de slankheid van het brugdek een grote rol.
Dynamica van etsbrug belicht 8 2016
21
De fietsverbinding tussen de Schiedamse Polderdwarsweg en
de Rotterdamse Sydneystraat is een belangrijke schakel in het
regionale fietsnetwerk. Het project is een gezamenlijk initiatief
van de twee gemeenten Rotterdam en Schiedam en mede
mogelijk gemaakt door een subsidie vanuit Beter Benutten
1).
Technisch gezien was het een uitdaging het fietspad te realiseren
op een tracé waarin over korte afstand forse hoogteverschillen
moesten worden overbrugd. Onderdeel van het fietspad is een
lange fietsbrug met een hellingspercentage van ongeveer 5%
(fig. 2).
Contract en samenwerking
Tijdens de voorbereiding bleek dat de planning erg krap was,
namelijk ongeveer een halfjaar (eis vanuit subsidieregeling)
voor ontwerp en uitvoering. Uitwerking aan opdrachtgeverskant
tot op een traditioneel bestekniveau zou te veel tijd vergen.
Besloten werd daarom het dek tot op het niveau van voorlopig
ontwerp (VO) door ingenieursbureau Rotterdam uit te laten
werken en het vervolgontwerp over te laten aan de opdrachtne-
mer. Tijdwinst kon worden geboekt doordat de aannemende
partij in het verdere engineeringsproces ontwerp en uitvoering
kon integreren. Zodoende is er een aanbesteding gedaan op
basis van het design&construct-principe waarbij gebruik is
gemaakt van de systems engineering systematiek. Zowel het
definitief ontwerp (DO) als het uitvoeringsontwerp (UO) is
door de opdrachtnemer verzorgd. Om de verschillende stake -
holders (de gemeenten, waterschap en de beheerafdeling)
zekerheid te geven over het eindresultaat, is ervoor gekozen in
het contract een bindend VO op te nemen. In dit VO is bijvoorbeeld de materialisatie en het uiterlijk van de brug vast-
gelegd. Andere onderdelen van de fietsbrug zoals de fundering
zijn ter keuze van de aannemer gelaten, zodat er ruimte
ontstond ontwerp en uitvoering op elkaar af te stemmen.
Al bij het startoverleg met de aannemer werd afgesproken dat
aspecten als het beperken van hinder, de bereikbaarheid en
omgevingsbewust werken net zo belangrijk waren als de reali-
satie van het project. Naar aanleiding hiervan is afgesproken
transparant met elkaar te communiceren om tegenslagen en
problemen direct te delen en deze gezamenlijk op te lossen. Dit
heeft ertoe geleid dat enkele tegenslagen zonder vertraging of
klachten zijn afgehandeld en bovendien was er eerder sprake
van partnerschap dan van partijen. De beoordelingstermijnen
van het ontwerpproces zijn zo kort mogelijk gehouden door
intensief en adequaat ontwerp- en toetsingsoverleg tussen
opdrachtgever, aannemer en onderaannemers/constructeurs.
Na goedkeuring van het DO konden hierna vrij snel ook de
palen worden geheid.
Ontwerp
De brug bestaat uit twee delen: een deel met vijf overspannin-
gen van 15 m en een tweede deel over het water met een over
-
spanning van 20 m (fig. 2). De brug rust op landhoofden en
portalen.
Het brugdek heeft een constructieve hoogte van maximaal
450 mm. Het UO heeft slechts één voegconstructie en dat is ter
plaatse van de overgang naar het hoogstgelegen veld (fig. 2).
Dit is tevens het veld met de grootste overspanning van 20 m.
Constructief gezien bestaat het brugdek dus feitelijk uit twee
liggersystemen. De eerste en langste ligger is net als de tweede
om praktische redenen vanaf één zijde voorgespannen. De
tweede ligger is na het voorspannen als prefab dek ingehesen
Tako Heukels MSEng, ing. Bart
Bouw, ing. Mozafar Said
Ingenieursbureau Rotterdam
ing. Pieter Blom
Gebr. De Koning
1
De fietsverbinding tussen de Schiedamse Polderdwarsweg en de Rotterdamse
Sydneystraat is een belangrijke schakel in het regionale fietsnetwerk
foto: Paul van der Blom2 Voorontwerp van het ingenieursbureau
1) Beter Benutten is een platform van het ministerie van Infrastructuur en Milieu.
2
Dynamica van etsbrug belicht 8 2016
22
3 Leuningwerk in Rotterdamse Stijl
4 Dwarsdoorsnede dek (UO)
5 Dwarsdoorsnede portaalconstructie (UO)
(fig. 4). Dit onder andere om geen zware bekistingsconstructie
boven water te hoeven aanbrengen. Door de dekken lopen zes
omhullingsbuizen Ø65/70 mm (binnen-/buitenmaat). In de
omhullingsbuizen zijn variërend zeven of negen strengen
Ø15,7 mm Y1860 aanwezig. De verankering van het voorge-
spannen beton wordt verzorgd door voorspankoppen. De
betonsterkteklasse varieert van C35/45 voor de kortere over -
spanningen en C55/67 voor de grotere overspanning. Als
krimpnet is langswapening B500B Ø12-150 aangebracht.
Portalen
De tussensteunpunten voor de kortere overspanningen worden
gevormd door slanke portalen. Om de bovenregel te ontlasten,
is ervoor gekozen het oplegmateriaal te concentreren langs de
buitenkanten van de bovenregel (fig. 5). Op deze wijze wordt
de bovenregel van de portalen slechts gering op buiging belast
en kan deze slank blijven. Het brugdek is glijdend opgelegd op
de portalen. Hierdoor is de horizontaalkracht uit bijvoorbeeld
temperatuur gering.
Uitvoering
Vanwege de zeer beperkte uitvoeringstijd zijn de bekisting en
de wapening voor de landhoofden, poeren en portalen geprefa-
briceerd in de werkplaats van de aannemer. Zodoende was de
doorlooptijd op projectlocatie, vanaf het plaatsen van de bekis-
ting tot het betonstorten, per onderdeel slechts één week.
Leuning
Het brugdek is afgewerkt met een slijtlaag en een stalen
leuningwerk. De geïntegreerde robuuste leuning contrasteert
volgens de visie van de architect met het slanke brugdek (foto 1
en foto 3). In het leuningwerk, dat is ontworpen volgens de
Rotterdamse Stijl, is ledverlichting geïntegreerd. Deze ledver -
lichting is aangesloten op bewegingssensoren nabij de land-
hoofden. Hierdoor wordt de brug extra verlicht zodra er zich
fietsers of voetgangers op de brug bevinden (foto 8).
Om geen verankering van het leuningwerk in het zicht te
krijgen, zijn doken onder de voetplaten gelast. De doken zijn
na het aanbrengen van de leuning aangegoten in het brugdek
(fig. 6).
Comforteis
Voor een slank ontwerp is in NEN-EN 1991-2 met de Neder -
landse Nationale Bijlage (NB nl) uit 2011 momenteel vooral de
comfortbeleving van het brugdek bepalend voor de slankheid
van het ontwerp. De comforteis aan de maximaal optredende
versnelling door voetgangers en joggers is 0,7 m/s
2. Maar op dit
gebied is de regelgeving in ontwikkeling. De comforteisen met
betrekking tot de joggersbelasting worden in een nog te
200
4000 200 200
200 600
460
460
180
320
180
320
180
320
180
320
180
320
180
3600
2800
600 ø8?250
ø12?150
450
bgls. ø8?300bgls.
ombuigen
2 ø12
ø8?150
ø12?150
ø12?150
ø12?150
2 ø8
200 210 40
115 194 141
115 180 155 54,6 404 115
600
bgls. ø10?150
4 ø12
400
2 ø12
sparingen 40 x 100 mm
t.b.v. roestvast stalen deuvels
2 stuks ø30
100
350 40
980 760
2000 2800
4000
400600
400 980
40
350100
oplegblok 350 x 250 x 63
oplegblok 350 x 250 x 63
hrsp. ø10?150
7511970
3141
20
bgls. ø10?150
hrsp. ø10?150 ø12?150
bgls. ø10?150
12 ø 12
hrsp. ø12?150
4 ø12 2x ø12
12 ø12
3400 ?
o.k. beton 259 ?
b.k. beton
3
4
5
Dynamica van etsbrug belicht 8 2016
23
6 Detail van de geïntegreerde leuning (UO)
7 Narekken van de voorspanstrengen met een vijzel
verschijnen versie van de NB nl van NEN-EN 1991-2 sterk
gereduceerd. Op basis van de nieuwe NB nl, die in een eerder
stadium is becommentarieerd, (www.normontwerpen.nen.nl)
valt te concluderen dat de joggersbelasting in veel gevallen voor
betonnen bruggen niet meer maatgevend of in elk geval minder
dominant zal zijn. In figuur 9 is een grafiek afgebeeld waarin de
maximaal optredende versnellingen onder invloed van joggers
als functie van de tijd is weergegeven. De berekening is gedaan
op basis van de NB:2011 nl en hierbij is een jogsnelheid van
ongeveer 3 m/s aangehouden.
Vandaalbelasting
Naarmate de slankheid van een betonnen dek sterk toeneemt,
kunnen dynamische effecten gevolgen hebben in de sterkte-
berekening. Om die dynamische effecten te bereiken, moet in
bijna alle denkbare gevallen sprake zijn van opzet, oftewel
vandalisme. In NEN-EN 1991-2 is aangegeven dat de brug
door vandalen niet zodanig in trilling mag worden gebracht dat
het brugdek bezwijkt. De norm laat de lezer hierbij in het onge-
wisse over het frequentiegebied waarbinnen dit mogelijk is.
Het is vanuit praktisch oogpunt zo dat lichtgewichtconstructies
met een lage eigenfrequentie eenvoudig in beweging zijn te
krijgen (resonantie) en zware constructies met een hoge eigen-
frequentie juist moeilijk. Vervelend aspect vanuit de dynamica
is dat een trilling ervoor zorgt dat er wisselend trek aan onder-
en bovenzijde van de doorsnede kan ontstaan. Bij een voorge-
spannen constructie ? waarbij de bovenzijde wordt ontlast
door de voorspanningskromming ? kan dit leiden tot vervelende
trekspanningen waar statisch gezien niet op is gerekend. Een
mogelijk gevolg hiervan is dat het beton gaat scheuren. De
ontstane scheurvorming zal leiden tot afname van de eigen-
frequentie, maar zorgt ook voor toename van de demping door
het ontstaan van inwendige materiaalwrijving. Al met al wordt
het een groep vandalen erg moeilijk gemaakt het brugdek
daadwerkelijk te laten resoneren en bezwijken.
6
7
100 100
doorgaande stalen
voetplaat S235
afmetingen 200 x 15 stijlen ø28 S355, h.o.h. 150
gietmortel
gains ø50 instorten in dek
doken ø16 (B500B) h.o.h. 600, lg 185
2 hrsp. ø8 per gain
250
210 40
25 15
Voorspanning en tweede orde
Bij het slank ontwerpen in voorgespannen beton rijst de vraag
hoe het beton zich gedraagt ten aanzien van tweede orde. In een
zeer oud nummer van Cement 1959/4 [1] is door een oud-collega
van de gemeente Rotterdam mathematisch bewijs geleverd dat
voorgespannen beton in bijna alle gevallen niet uitknikt. Wordt
de berekening uit de eerste paragraaf van dit artikel in een alge -
mene differentiaalvorm voor buiging uitgeschreven, staat er voor
een dek met aangehechte ? of in elk geval met het omhullende
beton contact makende ? kabels:
Formule 1
() () () () 422 4
422 4 () dwx dwx dwx dwxEI PPEIqx dx dx dx dx += =
waarin:
P = voorspankracht
w(x) = doorbuigingsfunctie, afhankelijk van de plaats
EI = buigstijfheid
q(x) = willekeurige uitwendige belasting
Wat overblijft, is de differentiaalvergelijking voor een traditionele
buigligger. Met andere woorden: de term
Formule 1
() () () () 422 4
4 22 4 dwx dwx dwx dwxEI P P EI dx dx dx dx +=
Formule 2:
() 2
2 dwxP dx +
Formule 3:
() 2
2 ? dw xP dx
die het
tweedeorde-effect beschrijft, wordt volledig tenietgedaan door de
toegenomen krommingsdruk
Formule 1
() () () () 422 4
4 22 4 dwx dwx dwx dwxEI P P EI dx dx dx dx +=
Formule 2:
() 2
2 dwxP dx +
Formule 3:
() 2
2 ? dw xP dx vanuit het kabelsysteem.
Hierbij moet wel een kanttekening worden geplaatst. Er kan wel
een tweedeorde-effect optreden zodra er geen contact is tussen
omhullingsbuis en voorspanningskabels. Maar zodra er vervor -
mingen ? mede afhankelijk van de tweede orde ? aan het dek
ontstaan, zal de kabel weer tegen het kanaal aanlopen en zal het
tweedeorde-effect (groten)deels teniet worden gedaan. Bij
toepassing van krappe voorspankanalen zijn er dus niet al te
grote problemen te verwachten. Bij het slank ontwerpen in
voorgespannen beton met nagerekt staal moet wel enige voor -
zichtigheid in acht worden genomen, maar over het algemeen
zal een dek niet volledig uitknikken ten gevolge van een voor -
spankabel. Dit is anders voor een extern voorgespannen dek
waarbij er geen contact ontstaat tussen voorspankabels en het
dek.
Dynamica van etsbrug belicht 8 2016
24
Evaluatie slankheid ontwerp
Vanwege de krappe planning was verdere optimalisatie tijdens
het VO niet mogelijk en is uitgegaan van een ruime boven-
grens voor de dekdikte. Het in de praktijk gerealiseerde dek
met een hoogte van 450 mm heeft een veilige eigenfrequentie
van iets minder dan 3,5 Hz. In een afstudeerwerk [2] is verder
onderzoek gedaan naar de kritische ondergrens van de
dekdikte. Hieruit bleek dat het dek veel slanker zou kunnen:
een dikte van 300 mm bleek mogelijk en zou niet leiden tot
onoverkomelijke dynamische problemen. Hiervoor is wel een
ander principe gekozen: prefabricage en het realiseren van
een doorgaand liggersysteem over meerdere steunpunten.
Dus ook voor de grootste overspanning. Bovendien is een
hogere betonsterkteklasse C90/105 aangehouden en is
gebruikgemaakt van voorgerekt voorspanstaal. Dit laatste voornamelijk om praktische dekkingen ten aanzien van
omhullingsbuizen te voorkomen en de voorspanning zo
efficiënt mogelijk te kunnen plaatsen.
Dubbele winst
Met de realisatie van de fietsbrug aan de Sydneystraat zijn
de gemeenten Schiedam en Rotterdam een nuttige en fraaie fiets-
verbinding rijker. Het op deze manier stimuleren van het fiets-
verkeer levert niet alleen een reductie op van de hoeveelheid fijn -
stof, maar zorgt er ook voor dat de Maasstedelingen meer zullen
gaan bewegen. Welgeteld een dubbele winst dus. Uit eigen bele-
ving is opgemaakt dat al joggend of wandelend nauwelijks
discomfort wordt ervaren. Duidelijk is dat de grens aan de slank-
heid van het betonnen dek nog niet is bereikt. Het ontwerpen in
beton biedt dus zeker mogelijkheden om tot een slank, maar
toch betrouwbaar en betaalbaar ontwerp te komen.
?
?
PROJECTGEGEVENS
project Fietsbrug Sydneystraat, Rotterdam
opdrachtgever Gemeente Rotterdam / Gemeente Schiedam
architect Marc Verheijen
constructeur tot en met VO Ingenieursbureau Gemeente Rotterdam
constructeur vanaf DO Koch adviesgroep
opdrachtnemer Gebr. De Koning
oplevering 2014
? LITERATUUR
1 Aarnoudse, J., Welke relatie bestaat er tussen knik en voorspanning in
voorgespannen betonconstructies? Cement 1959/4.
2 Heukels, T., Fietsbrug Sydneystraat ? afstudeeropdracht opleiding
MSEng Betonconstructeur, Betonvereniging.
8 De nieuwe brug bij
avondlicht
9 Optredende versnel-
lingen als functie
van de tijd
8
9
Dynamica van etsbrug belicht 8 2016
Reacties