Herberekening plaatbrug1 32011 | onlineonlineHerberekeningplaatbrugIn het kader van een afstudeerproject aan de TU Delft fac. CiTG iseen herberekening uitgevoerd van een bestaande massieve plaat-brug over de Abram van Rijckevorselweg te Rotterdam. Allereerst iseen inventarisatie gedaan van de materiaaleigenschappen,geometrie en materialen van het viaduct. Hieruit bleek dat de brugin langsrichting was vervaardigd in volledig voorgespannen betonmet 72 Freyssinet voorspankabels. Het beton kent een sterkte-klasse van C30/37. In dwarsrichting is uitsluitend wapeningstaalaanwezig om weerstand te kunnen bieden aan de optredendebuigende momenten in dwarsrichting.1In 2006 startte Rijkswaterstaat een groot onderhoudsproject.Enerzijds vindt er een veroudering van de Nederlandse infra-structuur plaats, waardoor er behoefte is te weten of bestaande(oude) kunstwerken nog voldoen aan de huidige normen.Anderzijds hebben er aan de belastingzijde wijzigingen plaats-gevonden in de normering en de toename van de intensiteitvan het wegverkeer op het Nederlandse wegennet.Onlangs is op Europees niveau de Eurocode 1991-3 (verkeers-belasting op bruggen) verschenen. Deze Eurocode is in Neder-land met enkele wijzigingen ingevoerd als NEN6706. De Euro-code is ingevoerd om in Europa een zekere uniformiteit teHerberekening plaatbrug 232011 | online1 Door een toename van de intensiteit vanhet wegverkeer op het Nederlandse wegen-net is ook de belasting toegenomenwaarborgen in het ontwerpen van bruggen. Het is onderdeelvan een reeks normen die uiteindelijk in de individuele lidsta-ten de landelijke normen zullen vervangen.De nieuwe norm valt in sommige gevallen zwaarder uit dan devoorgaande, VBB 1995 (Verkeersbelasting Betonnen Bruggen).Uit nader onderzoek is gebleken dat een deel van de kunstwer-ken niet bestand is tegen de belastingen zoals gesteld inNEN6706. Hiernaast is uit inspectie gebleken dat sommigeviaducten en bruggen veel eerder slijtage en schade vertonendan verwacht, waardoor de duurzaamheid, de levensduur en insommige gevallen zelfs de bezwijkveiligheid worden bedreigd.Een van de mogelijke oorzaken is het toenemen van de intensi-teit en grootte van het weggebruik. In daaropvolgend onder-zoek is daarom een herberekening uitgevoerd van een bestaandviaduct in een van de snelwegen, als onderdeel van hetKOSMOS-project.Bijzondere transporten komen steeds vaker voor in Nederland.De vraag is hoe met deze transporten om te gaan bij het verle-nen van ontheffingen voor het passeren van verkeersbruggen.Daarom heeft Rijkswaterstaat TNO Bouw opdracht gegevenonderzoek te doen naar de relatie tussen de huidige normenmet betrekking tot verkeersbelasting en de verkeersbelastingzoals deze zich op het Nederlandse wegennet voordoet. In devoorstudie is bekeken welke resultaten en conclusies uit deTNO-rapporten van toepassing zouden kunnen zijn op ditonderzoek.OnderzoeksvraagIn het voortraject is de onderzoeksvraag geformuleerd. Dezewas tweeledig:1 Voldoet het kunstwerk nog aan de gestelde eisen in dehuidige normen: Is een herberekening van een bestaandkunstwerk noodzakelijk?2 Is het kunstwerk bestand tegen (de toenemende mate van)bijzonder transport, en wat voor effect heeft dit bijzondertransport op het kunstwerk?BelastingenMet betrekking tot de belasting zijn normen gewijzigd naar dehuidig geldende NEN6706, die is afgestemd op de Eurocode1991 deel 2: belastingen op bruggen voor verkeer. Gelijktijdigheeft TNO metingen verricht in het Nederlandse weggennetaan voertuiggewichten en aslasten om een goed beeld te krijgenvan wat er op de wegen rondrijdt. Hieruit zijn inzichtenvergaard over welke transporten er met en zonder eenmaligeontheffing rondrijden. Uit dezelfde metingen is een vermoei-ingsmodel opgezet ten behoeve van stalen bruggen; eenvertaalslag is gedaan naar betonnen bruggen. Dit is verwerkt inde ROBK. In oktober 2009 is de NEN6723: 2009 verschenenmet een nieuw vermoeiingsbelastingmodel specifiek voorbetonnen bruggen.Doorgaande hydratatieMet betrekking tot de weerstand zijn er steeds betere inzichtenverkregen in de ontwikkeling van de betonsterkte bij oudereconstructies, mede als gevolg van de destijds toegepaste grovecementkorrel. Dankzij doorgaande hydratatie is op den duureen hogere betonsterkte ontstaan dan waar destijds op isontworpen. Zonder enig onderzoek aan de bestaande construc-tie kan zondermeer worden uitgegaan van een druksterktebehorend bij C35/45; C53/65 is zeer waarschijnlijk, maar zaldan wel via materiaalonderzoek met behulp van boorkernenaangetoond moeten worden.HerberekeningBovenstaande feiten vragen om een herberekening vanbestaande kunstwerken. De RBBK: Richtlijn BeoordelingBestaande Kunstwerken is hierbij een goede leidraad. Hetbeschrijft stappen en procedures die een herberekening onder-steunen, met name bij het beoordelen en vertalen van oudemateriaaleigenschappen naar aangepaste eigenschappen, zoalsdie volgens NEN6720 moeten worden toegepast; gewijzigdemateriaalfactoren spelen hierbij een belangrijke rol.De wijze waarop tot een maximaal toelaatbaar voertuiggewichtwordt gekomen, is de eerste Tandem van de drie toe te passentandems uit de N6706 te verhogen totdat de brug werkelijk isbezweken. Vervolgens wordt deze last gedeeld door de veilig-heidsfactor 1,35, waardoor de representatieve waarde wordtverkregen. Op deze wijze is het herverdelend draagvermogenvastgesteld.ir. Joost Kooiman1)dr.ir. Ane de BoerRWS-DI-CT1) ir. Joost Kooiman afgestudeerd aan de TU Delft op het onderzoek `Herberekening voorgespannenmassieve plaatbrug'. Begeleiders waren prof.dr.ir. J.C. Walraven, dr.ir. C. van der Veen, dr.ing. A.Romeijn, ir. A. de Boer en ir. L.J.M. Houben.ENCI Studieprijs (3)Dit is het derde artikel in een serie met bijdragenvan prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2010.Het onderzoek dat in dit artikel wordt beschrevenkreeg bij de ENCI Studieprijs 2010 een eervollevermelding in de categorie Universiteiten.Herberekening plaatbrug3 32011 | onlineonline2,500 ,2-2.5-5-7.5-10-12.5-15-17.5-20-22,5-25-27,5,4 ,6 ,8 1 1,2 1,4 1,6elementelsxxgsxxdistance2,500 ,2-2.5-5-7.5-10-12.5-15-17.5-20-22,5-25-27,5,4 ,6 ,8 1 1,2 1,4 1,6elementelsxxgsxxdistance2,500 ,2-2.5-5-7.5-10-12.5-15-17.5-20-22,5-25-27,5,4 ,6 ,8 1 1,2 1,4 1,6elementelsxxgsxxdistance2,500 ,2-2.5-5-7.5-10-12.5-15-17.5-20-22,5-25-27,5,4 ,6 ,8 1 1,2 1,4 1,6elementelsxxgsxxdistance2 Links: snede betondrukspanning aan bovenzijde van het dekin het midden van de overspanning. Rechts: het gebied waar-in het beton plastisch aan het vervormen is (het breukmo-ment wordt bereikt. Van boven naar beneden: toenemendebelasting2Herberekening plaatbrug 432011 | online4458 kNm0200040006000800010000120001400016000opneembaarmoment[kNm]bezetting aantal rijstroken door bijzonder transportB (1 rijstrook) C (2 rijstroken) D (3 rijstroken) E (dek vrij)67066706(Mu)6706(Mu+B45)real.real.(Mu)real.(Mu+B45)3 Restcapaciteit breukmoment4 Correlatie tussen de lengte vaneen willekeurig voertuig metmaximale aslast van 300 kN (deasafstanden zijn variabel)VermoeiingIn de uiterste grenstoestand voor vermoeiing blijkt bij toetsingaan belastingmodel 1 uit de NEN 6706, dat een onbegrensdevermoeiingslevensduur wordt bereikt. Bij het vermoeiingsbe-lastingmodel conform tabel 2 uit NEN 6723: 2009 blijkt dezebelasting lager te zijn dan gold voor NEN 6706 met ROBK(tabel 4). De restcapaciteit bij het belastingmodel conformNEN 6723 bedraagt bij ??n passage per dag over een periodevan 100 jaar minimaal 2096 kN. De asconfiguratie is hierbijvan een gedrongen aard, gelijk aan een Tandemstelsel (tweeassen op afstand 1,2 m).ScheurwijdtebeheersingScheurvorming in de maatgevende belastingcombinatie isgetoetst op basis van betontrekspanningen. Deze voldoen inalle sneden. Met behulp van het EEM rekenmodel (plaatveldanalyse) is een uitgebreide analyse van de scheurwijdtebeheer-sing gedaan.BreukmomentHet berekende breukmoment heeft een unity check van 0,86 bijeen sterkteklasse C30/37 met een beperking van de drukzone-hoogte. Er wordt in deze situatie maar een gedeelte van devoorspanning meegerekend. De unity check neemt af bij eenC35/45 tot 0,68 en zelfs 0,54 bij C53/65. Dit biedt ruimte om deoverige (rest)capaciteit te benutten voor bijzonder transport. Inhet onderzoek is onderzocht in welk aspect de meeste winst inrestcapaciteit te vinden is (fig. 3). Beschouwd zijn:? gebruik van het aantal rijstroken door bijzonder transport(+40%);? druksterkte van het beton (+70%);? toetsen aan een gelijk effect door belastingmodel 1 (conformNEN 6706) of verder benutten tot aan Mu(+85%);? afhankelijkheid asconfiguratie van het voertuig (+);? rekenen met theoretische of werkelijke rijbaanindeling(+15%).De asconfiguratie van een willekeurig voertuig heeft een(onvoorspelbare) invloed op het draagvermogen. Uit een simu-latie van passerende voertuigen is te halen dat, indien grenzenworden gesteld aan de maximale aslast en de minimale asaf-stand, er een model kan worden opgezet voor een fictief voer-tuig met een werkelijk gewicht. Een voertuig van 2100 kN meteen maximale aslast van 300 kN en een minimale asafstand van1,2 m, heeft daarbij een lengte van 7,2 m. De resultaten van eendergelijk voertuig met willekeurige asafstanden laten eenomgekeerd evenredig verband zien tussen voertuiglengte enoptredende buigende momenten (fig. 4).Gekozen is te rekenen met een gedrongen voertuig, wat conser-vatief is, met dezelfde afmeting als een Tandem (NEN 6706); dedruksterkte is aangehouden op C35/45 (zijdelings is dit telkensvergeleken met C53/65) en er wordt getoetst aan het breukmo-ment., Dit leidt tot maximale voertuiggewichten 2924 kN(C35/45) en 3422 kN (C53/65).DwarskrachtDe toetsing van de dwarskracht resulteert in een unity checkvan 0,67. De restcapaciteit voor het bijzonder transport bij eengedrongen asconfiguratie bedraagt 1578 kN. De eerste rijstrookis hierbij onbelast en op de rijbanen ernaast is een tweede enderde Tandemstelsel aanwezig (400 kN en 200 kN). De dwars-krachtcapaciteit neemt ook toe als de (daaraan gerelateerde)treksterkte ook is toegenomen.34momentlengte voertuig0-1,000-2,000-3,000-4,000-5,000-6,000-7,000-8,00010 20 30Herberekening plaatbrug5 32011 | onlineonline5 Bijzondere transporten komensteeds vaker voor in Nederlandeen maximaal voertuiggewicht van 2073 kN haalbaar. De mini-male lengte van het voertuig is in dit geval 8,4 m.Aangezien de geometrie van de tussensteunpunten een belang-rijke rol speelt bij de hoogte van de maximale dwarskracht, ishet mogelijk extra capaciteit / veiligheid tot het maximaaldraagvermogen te halen uit een gewijzigde wegindeling.De huidige schampkanten hebben dusdanig beperkte afmetin-gen, dat de minimale randafstand circa 0,4 m bedraagt. Deverwachting is dat bij toename van deze randafstand (door hetnaar binnen verplaatsen van de niet-demontabele barri?re) dereservecapaciteit in dwarskracht nog zal toenemen. Er is nog(beperkte) ruimte om dit te realiseren zonder het verminderenvan het aantal rijstroken.Zelfs in de huidige situatie is het maximaal voertuiggewichtdermate hoog, dat dit naar verwachting geen beperking metzich meebrengt in de ontheffing van een bijzonder transport.Gesteld kan worden dat een bijzonder transport van 1558 kNmet begeleidende voertuigen zonder meer toelaatbaar is. Bijeen voertuiggewicht tot 2073 kN moet de minimale lengte 8,4m bedragen en de aslasten maximaal 300 kN. Hogere waardenzijn toelaatbaar indien de splijttreksterkte kan worden bepaald.AanbevelingenUit de simulatie van fictieve voertuigen met variabele afmetin-gen, aslasten en voertuiggewicht is gebleken dat het treinge-wicht een belangrijke rol speelt bij het restdraagvermogen vanhet kunstwerk. Het is daarom aan te raden een verdergaandeanalyse uit te voeren naar het effect van het treingewicht,teneinde zo de maximaal toelaatbare voertuiglasten te kunnenverhogen. De transportsector lijkt gebaat bij een beter inzichtin de grenzen die Rijkswaterstaat en de RDW aan de voer-tuigafmetingen en -gewichten stellen. Het is best mogelijk dater behoorlijk grotere voertuiglasten mogelijk zijn als de sprei-ding (treingewicht) aan banden wordt gelegd, mede door demaximale aslast. Voor grotere overspanningen echter heeft delengte van het voertuig in verhouding tot die van het kunst-werk een steeds kleinere invloed. Het is daarom zeer nuttig eengelijke analyse als hier is uitgevoerd ook te doen bij een kunst-werk met een grotere overspanning. Er kan bijvoorbeeld eenindeling worden gedaan naar maximale voertuiggewichten bijvaste afmetingen - bijvoorbeeld 8, 10, 15 en 20 m - of eenmaximum gewicht van een groep assen op het wegdek.In dit onderzoek is op het gebied van vermoeiing een onbe-grensde levensduur bepaald op basis van belastingmodel 1 voorvermoeiing. Een nauwkeurigere analyse van het schadebeelddoor de bijzondere transporten kan een beter inzicht verschaf-fen ten behoeve van de ontheffing en het al dan niet noodzake-lijk zijn van begeleidende voertuigen. Om de werkelijke dwars-krachtcapaciteit te achterhalen wordt ook hier geadviseerdsplijttreksterkte proeven op kernboringen te doen. ConclusiesUit bovenstaande valt te concluderen dat het kunstwerk voldoetaan de huidige (belasting)normen en weerstand kan bieden aande toenemende intensiteit en grootte van het voertuiggewichtTen aanzien van het breukmoment is er ruim voldoende capa-citeit aanwezig om weerstand te bieden aan een voertuigge-wicht van 3080 kN bij een gedrongen asconfiguratie. Dezecapaciteit neemt zelfs nog toe, als de druksterkte door de grotereserve in het breukmoment is toegenomen tot een sterkte-klasse C53/65.Scheurwijdtebeheersing op basis van betontrekspanningenleidt tot een maximaal voertuiggewicht van 1890 kN. Vroegerwerden bij voorgespannen constructies veelal alle mogelijkeoptredende trekspanningen in de bruikbaarheidsgrenstoestandweggespannen. Duidelijk is geworden dat als de overige wape-ning wordt gezien als scheurbeperkende wapening, het maxi-maal voertuiggewicht toeneemt tot 2970 kN.Onbeperkte vermoeiingslevensduur wordt nog net bereikt meteen unity check van 0,99. De controle op vermoeiing met NEN6706: belastingmodel 4 `typen standaard vrachtwagens' enNEN 6723: 2009 is daarom achterwege gelaten in de EEM-modellering. Uit een beschouwing van de verschillende belas-tingvermoeiingsmodellen, bestaande uit de vorige NEN 6706:belastingmodel 4 en het nieuwe belastingmodel conform NEN6723: 2009, blijkt deze laatste lichter te zijn dan die volgensNEN 6706.Dwarskracht bij de tussensteunpunten blijkt bij nadere inspec-tie de maatgevende factor in de maximale restcapaciteit te zijn.Afhankelijk van de asconfiguratie bedraagt het maximaal voer-tuiggewicht 1558 kN. Indien een maximale aslast van 300 kNwordt gehanteerd en een minimale asafstand van 1,2 m, blijkt5Afstudeerrapport onlineOp www.cementonline.nl staat een link naar hetafstudeerrapport`Herberekening voorgespannenmassieve plaatbrug'.