Hergebruik liggers in A76 Onderzoek naar capaciteit HNP-liggers voor circulair viaduct (1) 1 Testopstelling met op de achtergrond de opgeslagen liggers 1 14?CEMENT?2 2025 Het nieuwe viaduct over de A76 bij de Daelderweg in Nuth is ontworpen met bestaande liggers uit het Keizer Karelviaduct in de A9. Om dit hergebruik mogelijk te maken, wordt onderzoek gedaan naar de capaciteit van deze HNP-liggers, waarbij enkele liggers tot aan bezwijken zijn beproefd. Hierbij is een protocol ontwikkeld voor het testen van de dwarskrachtcapaciteit, dat hergebruik in de toekomst eenvoudiger moet maken. De bestaande twee viaducten bij de ongelijkvloerse kruising Dael- derweg moeten worden vervangen. De viaducten, een uit 1938 en een uit 2004, vol- doen niet langer aan de hedendaagse eisen. Uit een haalbaarheidsonderzoek, uitge- voerd door het consortium Closing the Loop, is gebleken dat hergebruik van onderdelen van beide viaducten een economisch en eco - logisch verantwoorde keuze is [1]. Onderdeel van dat haalbaarheidsonderzoek was een uitgebreid onderzoek naar de materialen en onderdelen van de bestaande viaducten. Dit onderzoek heeft aangetoond dat de meeste elementen nog een restlevensduur van min - stens 100 jaar hebben. Veel van deze materia- len kunnen daarom worden hergebruikt voor de ontwikkeling van één nieuw, groter, circulair viaduct op dezelfde locatie. Bij het ontwerp van het nieuwe circu- laire viaduct wordt rekening gehouden met de toekomstige uitbreiding van de A76, een ontwerplevensduur van 100 jaar en de ver- eisten conform gevolgklasse CC3 (fig. 2). Voor het ontwerp wordt ernaar gestreefd zoveel mogelijk van de bestaande onderbouw van beide viaducten te hergebruiken, waarbij bijvoorbeeld onderzocht wordt of de midden- steunpunten van het viaduct uit 1938 en uit 2004 kunnen worden samengevoegd tot één nieuw steunpunt. Voor de bovenbouw geldt dat het dek van het viaduct uit 1938 het einde van zijn levensduur nadert en zodoende zal komen te vervallen. Het dek van het viaduct uit 2004 bestaat uit kokerliggers die nog wel herbruikbaar zijn voor het nieuwe dek, maar hiervan zijn er onvoldoende voorhan- den om een volledig nieuw dek te realiseren. Om toch een nieuw dek met hergebruikte liggers te kunnen realiseren, wordt gebruik gemaakt van geoogste liggers uit het Keizer Karelviaduct (HNP-liggers van Spanbeton) in de A9. Er is gekeken naar een optimale ver- deling van de twee typen liggers in het brug- dek. De HNP-liggers worden toegepast onder de rijbaan en de kokerliggers ter plaatse van de fietspaden (fig. 3). Onderzoek (her)bruikbaarheid HNP-liggers Om het hergebruik van de liggers in het nieuwe Keizer Karelviaduct mogelijk te maken, wordt er binnen het project A76 Daelderweg onderzoek gedaan naar de rekenwaarde van de capaciteit van deze liggers. Een bijzonder aspect van dit project is de ontwikkeling van een testprotocol waarmee de dwarskrachtcapaciteit van de liggers in het veld kan worden getest. De liggers uit het Keizer Karelviaduct zijn HNP-liggers met een hoogte van 750 mm, een breedte van 980 mm, een lengte van on- geveer 23 m, en een druklaag met een dikte tussen 180 en 220 mm. Voor het nieuwe IR. MAIKEL VAN DOOREN Projectleider Onderzoek Nebest ING. FRANK SENGERS Projectleider Ontwerp Antea Group ING. REMCO VAN OSCH Betononderhouds­ kundige Nebest auteurs CEMENT 2 2025 ?15 As Daelderweg Langsvoeg Druklaag Kans: hergebruik bestaande leuning Afscherming t.b.v. overklimbaarheid leuning Afscherming t.b.v. overklimbaarheid leuning Kans: hergebruik bestaande leuning Stalen barrier demontabel Stalen barrier demontabel 370 2500 400 650 150 2750 150 800 150 2750 150 650 400 2500 370 20 980 20 980 20 980 Ligger A76Ligger A9 onbewerkt Noodzaak druklaag kokerliggers volgt uit berekening 14740 7370 7370 2.5%2.5% 2 Impressie viaduct A76 Daelderweg 3 Doorsnede viaduct A76 Daelderweg, met aan de buitenzijde bestaande kokerliggers uit het viaduct ter plaatse en in het midden de HNP-liggers uit het Keizer Karelviaduct (A9) 2 viaduct worden de liggers ingekort tot onge- veer 20 m. Opvallend aan deze HNP-liggers is dat dit type ligger bijna geen beugelwape- ning bevat. De sterkte van de liggers lijkt daardoor voornamelijk afhankelijk van de aanwezige voorspanning en de kwaliteit van het beton. In het kader van de haalbaarheidsstu- die heeft Nebest binnen het SBIR-traject al materiaalonderzoek uitgevoerd naar deze liggers. Dit onderzoek heeft aangetoond dat 3 er vrijwel geen chloride-indringing is en dat de carbonatatie minimaal is. Volgens CROW-CUR Aanbeveling 121, die de onder- grens van de verwachte restlevensduur van bestaande gewapende betonconstructies vastlegt, is de resterende levensduur van de liggers voldoende om aan de eisen van het nieuwe viaduct A76 Daelderweg te voldoen. In november/december 2024 zijn zes liggers beproefd tot het punt van bezwijken om de dwarskrachtcapaciteit te onderzoe- PROJECTGEGEVENS project A76 Daelderweg opdrachtgever Rijkswaterstaat PPO hoofdaannemer Strukton Wegen & Beton ontwerper Antea Group onderzoekspartij Nebest (en TU Delft) 16?CEMENT?2 2025 250 700 Verloop voorspanning Zaagsnede Einde brugdek 5.00° Appelboren vanaf bovenzijde 750 (2500 - 5000) Boorgat t.b.v. hijsen liggers 1160 Boorgat t.b.v. hijsen liggers 1150 Eindbalk 500250 22550 22100 180 1000 1000 1000500 Druklaag Zaagsnede langsrichting Verloren bekisting ken. Hierop wordt in een volgend artikel nader ingegaan. De resultaten van de onder- zoeken naar de dwarskrachtcapaciteit zijn cruciaal voor de verdere ontwikkeling van het project. Als de liggers voldoende sterk blijken, zullen ze worden hergebruikt in het nieuwe viaduct over de A76. Mocht uit de tests blijken dat de liggers onvoldoende sterk zijn, is er de mogelijkheid om ze te ver- smallen, zodat er meer liggers in het ont- werp kunnen worden toegepast. In dat geval zal na het verkrijgen van de testresultaten nader onderzoek plaatsvinden. Wat vooraf ging: oogsten van de liggers Binnen het haalbaarheidsonderzoek is een oogstplan opgesteld om de liggers van de A9 gecontroleerd en efficiënt uit het viaduct te verwijderen. Het oogsten omvatte drie hoofdfasen: het losmaken, uithijsen en transporteren van de liggers naar een tijde- lijke opslagplaats. Elke fase bracht specifie- ke uitdagingen met zich mee. Losmaken?Een uitdaging was het strate- gisch loszagen van de ligger. Het voormalige Keizer Karelviaduct bestond uit drie over- spanningen met een doorlopende druklaag. Nadat het asfalt was verwijderd, werd de druklaag eenvoudig in stroken gezaagd, passend bij de breedte van de liggers (fig. 4). Bij het landhoofd lagen de liggers op rubbe- ren oplegblokken, terwijl ze bij het tussen- steunpunt monoliet verbonden waren aan een onderslagbalk van een Preflex-ligger. Het loszagen boven het steunpunt was daarom onlogisch, en er werd gekozen om dit 700 mm vanaf het steunpunt te doen (fig. 5). Om deze zaagsnede mogelijk te maken, was een tijdelijke ondersteunings- constructie noodzakelijk (foto 6). Bij de opleggingen waren de liggers verbonden met een dwarsbalk. Ter hoogte van het tussensteunpunt was dit geen pro- bleem, aangezien de liggers daar 700 mm vanaf het steunpunt werden gezaagd, buiten de dwarsbalk. Bij het landhoofd moest de dwarsbalk echter losgemaakt worden De HNP-liggers hebben een verwachte restlevensduur van minstens 100 jaar, wat hergebruik mogelijk maakt TERUGBLIK OP HET SBIR-TRAJECT CLOSING THE LOOP Het circulaire ontwerp voor het viaduct A76 Daelderweg ontstond deels uit een eerdere samenwerking Closing the Loop binnen het SBIR-traject Circulaire Via- ducten van Rijkswaterstaat. Dit consor- tium van Antea Group, GBN, Nebest en Strukton richtte zich op het hergebruik van bestaande materialen in infrastruc- tuurprojecten, met als doel de ecologi- sche voetafdruk van de bouwsector te verkleinen. Hoewel het A76-project niet langer officieel onderdeel is van dit con- sortium, bouwt het voort op de inzichten en methoden die tijdens dit traject zijn ontwikkeld. Een van de belangrijkste inzichten uit Closing the Loop was dat bestaande infrastructuurmaterialen nog veel poten- tie hebben, mits ze zorgvuldig worden onderzocht en getest op bruikbaarheid. Deze aanpak vormt de basis voor het A76-project, waarbij de liggers van het Keizer Karelviaduct een centrale rol spelen. 4 5 4 Loszagen druklaag 5 Oplegging tussensteunpunt op Preflex-balk; zaagsnede op 700 mm uit hart steunpunt CEMENT 2 2025 ?17 250 700 Verloop voorspanning Zaagsnede Einde brugdek 5.00° Appelboren vanaf bovenzijde 750 (2500 - 5000) Boorgat t.b.v. hijsen liggers 1160 Boorgat t.b.v. hijsen liggers 1150 Eindbalk 500250 22550 22100 7 6 De volledig voorgespannen HNP-liggers bevatten geen beugelwapening, waardoor ze niet passen binnen de huidige detail- leringseisen van de Eurocode 6 Tijdelijke ondersteuningsconstructie 7 Appelboren ter plaatse van dwarsbalk landhoofd van de liggers. Dit gebeurde met behulp van 'appelboren', waarbij overlappende diamant- boringen werden uitgevoerd (fig. 7 en foto 8). Uithijsen?Nieuwe liggers worden doorgaans geleverd met hijsvoorzieningen. Die ontbre- ken bij bestaande liggers. In samenwerking met Sarens werd besloten de liggers te hij- sen met een kettingstrop (foto 9). Hiervoor zijn kernboringen gemaakt vanaf de boven- zijde van de ligger door de druklaag en onderflens, zodat de strop kon worden aan- gebracht (fig. 5 en 7). Innamecontrole?Tijdens het uithijsen voer- de Nebest een innamecontrole uit, met een visuele inspectie om gebreken vast te stellen die hergebruik zouden belemmeren. De lig- gers werden genummerd en hun oorspron- kelijke oriëntatie (noord/zuid) vastgelegd. Na goedkeuring werden de liggers naar de tijdelijke opslaglocatie vervoerd. 18?CEMENT?2 2025 Enkele liggers vertoonden schade, zoals scheuren in de onderflens (foto 10). Deze schade is waarschijnlijk ontstaan door onge- lijkmatige zetting van de tijdelijke onder- steuningsconstructie (foto 11), in combinatie met uitvulling aan de rand van de onderflens (foto 12). Testen van de liggers De huidige regelgeving is in het algemeen geschreven met uitgangspunten voor het gebruik van nieuwe in plaats van circulaire materialen, grondstoffen en producten. Door het ontbreken van beugelwapening voldoen deze liggers niet aan de huidige Eurocode-eisen voor dwarswapening, en is de berekende dwarskrachtweerstand volgens de normen ontoereikend. Om de werkelijke dwarskrachtweerstand te bepalen, is een testprotocol ontwikkeld voor het uitvoeren van bezwijkproeven. Dit protocol is opgesteld als onderdeel van de EngD-studie van TOEKOMSTIGE CIRCULAIRE INITIATIEVEN De kennis die tijdens de bezwijk- testen is opgedaan, is niet alleen waardevol voor dit specifieke pro- ject, maar ook voor toekomstige circulaire initiatieven. De belasting tot bezwijken biedt belangrijke inzichten in de dwarskrachtweer- stand van bestaande liggers en hun toepasbaarheid in nieuwe constructies. Bovendien levert het onderzoek kennis op die kan wor- den gebruikt bij het ontwikkelen van een protocol voor proefbelas- tingen, waarbij liggers niet tot bezwijken worden belast. Dit stelt opdrachtgevers in staat om betonliggers optimaal te herge- bruiken, zonder dat enkele liggers moeten worden afgeschreven om hun sterkte aan te tonen. De ervaringen uit dit project kun- nen dienen als blauwdruk voor hergebruikinitiatieven binnen de infrastructuursector, zowel natio- naal als internationaal. Rijkswater- staat en andere betrokken partijen streven ernaar met dergelijke pro- jecten bij te dragen aan de ver- duurzaming van de Nederlandse infrastructuur. 8 9 8 Appelboren ter plaatse van dwarsbalk landhoofd 9  Ligger plaatsen op transport CEMENT 2 2025 ?19 Het project richt zich op de ontwikkeling van een test- protocol voor het beproeven van de dwars- krachtcapaciteit 11 12 10 10 Gescheurde onderflens 11 Uitvulling onder onderflens oorzaak van scheurvorming 12 Zetting na het aanbrengen van zaagsnede 20?CEMENT?2 2025 José Parades Pineda aan de TU Delft, in samenwerking met Nebest. De publicatie van deze studie wordt in mei 2025 verwacht. Selectie en specificatie van proefstukken? Bij het verzamelen van de liggers bleken zeven liggers schade te hebben aan de onderflens. Bij zes liggers was de schade beperkt tot maximaal 5 m aan één zijde, waardoor deze geschikt waren voor bezwijk- proeven op dwarskracht aan de andere zijde. Eén ligger had echter zodanig ernstige schade dat deze ongeschikt was voor dwars- krachtcapaciteitstesten; deze is ingezet voor zaag- en slooptesten, waaronder het inkor- ten en verwijderen van de druklaag. De liggers zijn getest op een ingekorte lengte van circa 20 m en met de oorspron- kelijke gewapend betonnen druklaag intact. Testen inclusief originele druklaag?De lig- gers zijn getest met de originele druklaag intact. Het verwijderen van de druklaag op de HNP-ligger zou een afwijkend intern krachtsverloop veroorzaken en maakt de testresultaten niet representatief voor de toekomstige situatie. Daarnaast zou het verwijderen van de druklaag zorgen voor praktische problemen, zoals blootliggende haarspelden (verbindingswapening) en een kleiner oppervlak voor de testbelasting. Wijze van beproeven?Voor het in het werk beproeven van de capaciteit van een ligger zijn er twee proefmethoden: de gebruiks- proef en de bezwijkproef. Bij een gebruiks- proef wordt de ligger belast tot het niveau waarop nog geen onherstelbare schade op - treedt. Bij de bezwijkproef wordt de ligger tot bezwijken belast en is deze daarna niet meer bruikbaar. Aangezien er toch al beschadigde liggers beschikbaar waren, die niet kunnen worden hergebruikt voor dit project, zijn daarmee bezwijkproeven uitgevoerd. Het doel van de bezwijkproeven was om vast te stellen wat de maximale draag- kracht van de liggers is en welk faalmecha- nisme daarbij optreedt. Deze informatie wordt vervolgens gebruikt voor het ontwerp van het circulaire viaduct A76 Daelderweg. Daarnaast leveren de resultaten waardevolle inzichten op over dit type liggers en hun faalmechanismen, wat ook van belang is voor toekomstige projecten. Op basis van de resultaten van deze tests worden criteria opgesteld, zodat herge- bruik van dit type liggers in de toekomst mogelijk is zonder dat telkens bezwijkproe- ven nodig zijn. Zo kunnen in de toekomstige projecten gebruiksproeven worden uitge- voerd in plaats van bezwijkproeven. Testframe?Om de dwarskrachtcapaciteit van de bestaande liggers te beproeven, is een zelf balancerend, demontabel testframe ontworpen met modulaire staalelementen. Dit testframe is geschikt voor een maximale vijzelkracht van 3000 kN en een overspan- ning tot 17 m (fig. 13). De betonliggers die zijn getest, zijn 20 m lang en met een overstek van circa 3 m geplaatst. Het frame bestond uit een staalconstructie met vier langslig- gers op een ondersteuningsconstructie van AZOBE-schotten en supports. Dwarsliggers zijn op de langsliggers geplaatst bij de beton- balksupports, met een hart-op-hartafstand van 17 m. De betonligger is, met een staal- plaat en rol als oplegging, op deze dwarslig- gers gelegd. 13 13 Zijaanzicht testframe CEMENT 2 2025 ?21 Voor het aanbrengen van de testkrachten is een vijzelframe ontworpen, bestaande uit een dwarsligger onder de langsliggers en één boven de betonligger. De koppeling tussen de dwarsliggers gebeurde via een grommer (eindloze staalkabelstrop), en de onderste dwarsligger was voorzien van vier vijzels die het vijzelframe tegen de langsliggers span- nen. De belasting werd via de bovenste dwarsligger met een loadcell en spreidings- plaat overgebracht op de betonligger (fig. 14). Testprotocol?Voorafgaand aan het opstellen van het testprotocol, is een studie uitgevoerd met analytische en niet-lineaire FEM-bere- keningen (NLFEA) om de verwachte draag- capaciteit van de liggers te voorspellen. Omdat mag worden aangenomen dat de dwarskrachtweerstand afneemt met toe- name van de dwarskrachtslankheid a (de afstand tussen hart van de puntlast en hart van de oplegging), is vooraf onderzoek ge- daan naar de maatgevende locatie van de puntlast (maximale V Ed /V Rd ). Daarbij was de randvoorwaarde dat (nog net) geen bezwij- ken op moment optreedt. Volgens de analytische berekeningen en de NLFEA-analyse, bezwijken de liggers op afschuiftrekbreuk bij belasting vanaf een a/d-verhouding tussen 1 en 3,5, terwijl af- schuifbuigbreuk optreedt bij een a/d-ver - houding vanaf 3,5. Buigbreuk ontstaat vanaf een a/d-verhouding van 6. De capaciteit voor zowel afschuiftrekbreuk als buigbreuk is goed gedocumenteerd in de literatuur [2]. De capaciteit voor afschuifbuigbreuk blijft echter een kritische onbekende factor. Een vergelijking van de met de NLFEA bepaalde draagcapaciteit met de berekende dwarskrachten uit het ontwerp laat zien dat de kritieke testpositie (maximale V Ed /V Rd ) een a/d-verhouding van 5 heeft, gelegen op circa 4,15 m vanaf de oplegging. Om representatie - ve resultaten te waarborgen, moet op deze positie afschuifbuigbreuk optreden, wat ook uit de analyse blijkt. De eerste drie testen zijn daarom op deze positie uitgevoerd, omdat deze bepalend zullen zijn voor het vaststellen van de dwarskrachtcapaciteit van de ligger. Indien de eerste test geen afschuifbuigbreuk zou vertonen, zou de testpositie moeten wor - den herzien en eventueel naar een lagere a/d-verhouding worden verschoven. Indien drie opeenvolgende testen suc- cesvol afschuifbuigbreuk aantoonden en hiermee de vereiste rekenwaarde van de capaciteit kon worden aangetoond, zouden de resterende testen (tot alle zes liggers zijn getest) stapsgewijs kunnen worden ver- plaatst naar een a/d-verhouding van 3,5 14 Dwarsdoorsnede testframe MEETAPPARATUUR Bij de uitvoering van de testen werd gebruik gemaakt van diverse soor- ten meetapparatuur: ? Loadcell Hiermee werd de aangebrachte test- kracht gemeten en geregistreerd. ? Lineair Variabele Differentiaal Transformatoren (LVDT's) Deze apparaten registreerden de verplaatsingen van de ligger. De LVDT's werden (verticaal) geplaatst aan beide uiteinden van de onderflens, ter hoogte van de sup- ports, en onder de positie waar de kracht werd aangebracht. Aanvul- lend werd er één LVDT horizontaal geplaatst aan het uiteinde van de ligger. ? Digital Image Correlation (DIC) Voor de analyse van het bezwijkge- drag van de proefstukken werd Digi- tal Image Correlation (DIC) gebruikt. Deze geavanceerde optische meet- methode meet nauwkeurig de ver- plaatsingen op het oppervlak van het proefstuk. ? Akoestische Emissie-metingen (AE) Om vroegtijdig scheurvorming en interne schade te monitoren, werden Akoestische Emissie- metingen (AE) gebruikt. Deze tech- niek detecteert ultrasone geluidsgol- ven die ontstaan door veranderingen in het materiaal, zoals scheurvor- ming en delaminatie. Door interne defecten vroegtijdig te identificeren, kunnen stopcriteria voor proefbelas- tingen worden ontwikkeld. 14 22?CEMENT?2 2025 (ongeveer 2,9 m vanaf de oplegging). Hiermee kan het verloop van de dwarskrachtweer- stand worden onderzocht en analytische en numerieke modellen worden gevalideerd. De verwachte bezwijkbelasting voor de a/d-verhoudingen van 3,5 tot 5 bevindt zich volgens de niet-lineaire FEM-analyse rond een kracht van ongeveer 900 kN tot 1000 kN. De testen volgden een stapsgewijze belastingtoename van circa 3-5 kN/s, waar- bij de belasting telkens enkele minuten con- stant werd gehouden voor meetcontrole. Bij belangrijke belastingniveaus (SLS, ULS en maximale capaciteit) werden langduriger metingen uitgevoerd. Na elk belangrijk be- lastingniveau werd de belasting tijdelijk teruggebracht en vervolgens opnieuw ver- hoogd totdat bezwijken optrad. Te behalen testresultaten?Door het uitvoe- ren van de bezwijkproeven waren er diverse resultaten die moesten worden behaald: Bepaling werkvoorspankracht De 'scheurkracht' werd vastgesteld door de vijzelkracht te meten bij het optreden van de eerste buigscheur (scheurmoment). Vervol - gens kon de voorspankracht rekentechnisch worden bepaald. Op basis van deze informa - tie konden de ontwerpuitgangspunten voor de voorspankracht worden geverifieerd. Bepaling maximale draagcapaciteit op dwarskracht De maximale draagcapaciteit werd vastge- steld door per ligger de vijzelkracht te meten waarbij de liggers bezwijken tijdens de proe- ven. Op deze resultaten kon de rekenwaarde van de dwarskrachtcapaciteit voor het ont- werp worden gebaseerd. Vaststellen faalmechanisme Tijdens de proeven werd het proefstuk tot falen belast, waarbij de focus lag op het op- treden van afschuifbuigbreuk. Uitvoering bezwijkproeven?De liggers zijn opgeslagen op een terrein in Brunssum, dicht bij het nieuw te bouwen viaduct over de A76 (zie foto 15). In november/december 2024 zijn op dit terrein ook de proeven uitgevoerd. Interpretatie Om de resultaten van de testen om te zetten naar de rekenwaarde voor de dwars- krachtweerstand in het ontwerp, wordt ge- bruik gemaakt van Bijlage D van Eurocode 0, 'Design assisted by testing'. In een vol- gend artikel worden de resultaten van de proeven gepresenteerd. Hierin zal ook nader worden ingegaan op de genoemde methode uit Eurocode 0. 15 LITERATUUR 1?Berg, W. van den, Sengers, F., Rossum, A. van, Circulair tenzij, Cement 2022/8. 2?Roosen, M.A., Shear resistance of prestressed girders in regions without flexural cracks. Proefschrift, Technische Universiteit Delft, 2021. VIDEO Een video van de bezwijk­ proeven staat bij dit artikel op www.cementonline.nl. 15 Testopstelling voor uitvoeren van de bezwijkproef CEMENT 2 2025 ?23