Integraal ontwerpen op de Maasvlakte Invloed uitvoering op constructief ontwerp Container Exchange Route 1 Hijsen onderslagbalk vanaf SPMT's op kolommen Bij het ontwerpen van een constructie is het net zo belangrijk rekening te houden met de bouwfase als met de eindsituatie. De keuze voor een bepaalde bouwmethode, fasering en positie van stortnaden heeft immers direct invloed op de krachtswerking in die constructie. Een vroegtijdige afstemming tussen de verschillende betrokken partijen en afdelingen binnen een project is daarom noodzakelijk. Zo ook bij het project CER, de Container Exchange Route op de Maasvlakte. 1 20? CEMENT 2 2020 De Container Exchange Route (CER) verbindt de container- bedrijven op de Maasvlakte met elkaar en maakt het mogelijk de uitwisseling van containers effi- ciënter te laten verlopen (foto 2). In het project wordt circa 14 km CER-baan aangelegd, waarin zich drie grote kunstwer- ken bevinden: kunstwerk West (nabij RWG-terminal), kunstwerk Noord (nabij de APMT-terminal) en kunstwerk Zuid (ten zuiden van de APMT-terminal). De kunstwerken bestaan grotendeels uit prefab brugdekken, die op betonnen hamerstukken en portaalconstructies zijn opgelegd. De landhoofden bevinden zich op gewapende grondconstructies en zijn op palen of op staal gefundeerd. Ontwerpfase Het projectteam bestaat vanaf de VO-fase uit ontwerpers, werkvoorbereiders en uitvoer- ders. Ook de onderaannemers waren vanaf dat moment nauw betrokken, voor een goede integrale afstemming. Daardoor werden veel raakvlakken al in een vroeg stadium op elkaar afgestemd. De keuze voor bepaalde bouwmethoden, de locatie van stortnaden en faseringen kon zo worden gemaakt op basis van zowel constructieve haalbaarheid als uitvoerbaarheid. Door deze keuzen tijdig in het ontwerpproces te maken, werden de consequenties direct in het ontwerp meege- nomen. Met name kunstwerk West en kunst- werk Noord vergden vanwege de complexiteit van de constructies extra aandacht. De gevol - gen die bepaalde uitvoeringsmethoden voor het ontwerp hadden, worden in dit artikel toegelicht aan de hand van een aantal voor- beelden. Het betreft drie aandachtspunten: verhinderde vervormingen door gefaseerd storten; extra voorzieningen voor hulpwerk; wijzigende oplegposities t.g.v. transport en hijswerkzaamheden. Kunstwerk West Kunstwerk West beslaat een gebied van circa 700 x 300 m² en kruist meerdere sporen en toegangswegen (fig. 3). Onderdeel van dit kunstwerk zijn twee grote portaal - constructies (t.p.v. as W13 + W14) en een groot in twee richtingen uitkragend hamer- stuk (t.p.v. as W15). Hierop rusten zowel de CER-baan als de naastgelegen Service Road, waardoor deze extra zwaar zijn belast. Verhinderde vervormingen? Om de hoge belastingen te kunnen dragen is besloten de onderslagbalken van deze drie tussensteun - punten als 4,2 m hoge hoedliggers uit te voe- ren (fig. 4). De langste onderslagbalk (t.p.v. as W13) is 36 m lang en weegt bijna 700 ton. Alleen conventionele wapening bleek niet PROJECTGEGEVENS project Container Exchange Route opdrachtgever Havenbedrijf Rotterdam opdrachtnemer Combinatie CER, gevormd door Koninklijke VolkerWessels, ondernemingen KWS en Van Hattum en Blankevoortleverancier prefab beton Spanbeton leverancier gewapende grondconstructies Terre Armée CEMENT 2 2020 ?21 voldoende om de belastingen te kunnen dragen en daarom zijn in de balken ook 10 tot 12 voorspankabels 22Ø15.7 (FeP1860) aangebracht. Vanuit constructief oogpunt is het wenselijk om de hoedliggers in één fase te storten. Op die manier zijn de verhinderde vervormingen tijdens het verhardingsproces immers kleiner. In eerste instantie was dit dan ook het uitgangspunt. Door de grote afmetingen van de balken en de wapenings- dichtheid bleek dit echter niet goed uitvoer- baar. Daarom is er in een vrij laat stadium alsnog voor gekozen de hoedliggers in twee fasen te storten (fig. 5). Een gevolg van deze keuze is dat door verhinderde vervormingen ter hoogte van het stortvlak extra spanningen in de door- snede ontstaan. Enerzijds door tempera - tuurverschillen tussen de twee delen die tijdens het verhardingsproces optreden en anderzijds door verhinderde krimp- en kruipvervormingen. Met behulp van het eindige-elementenpakket DIANA is een 3D-model van de hoedliggers opgesteld. Met behulp van dit model zijn de tijdens verhar- ding optredende trekspanningen in de balk bepaald (fig. 6). Uit de eerste berekeningen bleek al snel dat de trekspanningen in de balk door toedoen van autogene krimp te groot zou - den worden. Daarom is het betonmengsel van de tweede fase stort aangepast naar een mengsel met een klein percentage geëxpan - deerde kleikorrels. De kleikorrels zijn verza - digd met water dat tijdens het verhardings- proces wordt afgegeven. Het ontstaan van capillaire onderdruk in de ruimte tussen de korrels wordt zodoende beperkt, waardoor de autogene krimp van het betonmengsel minimaal is. De uiteindelijk optredende trekspanningen van gemiddeld circa 2,0 MPa zijn dan ook voornamelijk het gevolg van thermische uitzetting en krimp als gevolg van hydratatie van het beton (uitdrogings- krimp). Het voorspanprotocol is daarbij dusdanig geoptimaliseerd dat gedurende de verhardingsfase de optredende betontrek- spanningen minimaal zijn en doorgaande scheurvorming wordt voorkomen. Ondersteuningsconstructie portaalcon- structies ? Niet alleen de definitieve con - structie van deze steunpunten vormde een uitdaging, ook de tijdelijke voorzieningen die nodig waren om de onderslagbalken te ma - ken. Om zware hijswerkzaamheden te voor- komen was het wenselijk de onderslagbalken van de portaalconstructies direct op de kolommen te bouwen. Door het hoge stort- gewicht en de eis dat het spoor beschikbaar 2 Container Exchange Route met drie kunstwerken en diverse container terminals 3 Impressie knooppunt West IR. SANDER DEN HERTOG Hoofdconstructeur VolkerWessels Infra Competence Centre auteur 3 2 portaalconstructie W14 hamerstuk W15 portaalconstructie W13 22? CEMENT 2 2020 moest blijven, werden de benodigde onder- steuningsconstructies een project op zich. Om het spoorverkeer doorgang te laten vinden is in de ondersteuningsconstructies een doorrijpoort opgenomen (foto 7). Voor het opvangen van de hierdoor toegenomen stempelkrachten, zijn extra palen in de on - dergrond aangebracht. Daarnaast zijn een groot aantal tuien aangebracht om windbe- lastingen op te kunnen vangen. De keuze om de onderslagbalk in twee fasen te storten, had voor deze tijdelijke constructie een bijkomend voordeel. Het eerste gestorte deel was hierdoor, na vol - doende te zijn verhard, in staat het gewicht van de tweede stort af te dragen naar de ondersteunende stempels. Als gevolg hier- van kon de onderliggende bekisting lichter worden uitgevoerd. Damwanden? Naast de hulpwerken die boven het maaiveld uitsteken, zijn naast het spoor ook in de ondergrond diverse hulp- constructies in de vorm van damwanden aangebracht. De afstand tussen de damwan - den en het spoor was echter beperkt. De hoedliggers van kunstwerk West zijn in twee fasen gestort, waarbij door verhinderde vervormingen extra spanningen in de doorsnede ontstaan 4 Portaalconstructie as W13 5 Stortfasering hoedliggers 6 Trekspanningen t.g.v. verhinderde temperatuursvervormingen 4 CEMENT 2 2020 ?23 6 5 Daarom is ervoor gekozen om deze als ver- loren bekistingsconstructie voor de poeren onder de pijlers te gebruiken. Het aanbren- gen van de ontgravingen die voor het bou - wen van de op palen gefundeerde poeren nodig waren, was hierdoor ook nog eens eenvoudiger. Vanuit constructief oogpunt had dit als voordeel dat de poeren iets breder kon - den worden gemaakt. Hierdoor ontstonden er meer mogelijke paalposities, waardoor de draagcapaciteit van de palen uiteindelijk efficiënter wordt benut. Kunstwerk Noord Kunstwerk Noord is een gebogen viaduct dat de onderliggende infrastructuur groten - deels schuin kruist (fig. 8). Voor dit kunst- werk is een ontwerp gekozen waarbij sprake is van zoveel mogelijke repetitie in zowel de boven- als onderbouw. De dekken bestaan uit zes aansluitende overspanningen van elk 29 m lengte. Naast twee hoog gefundeer- de landhoofden bestaat de onderbouw uit vier hamerstukken en één portaalconstruc- tie. Door de benodigde beschikbaarheid van het bestaande spoor en de beperkte ruimte was een goede voorbereiding belangrijk. Transport en hijsen onderslagbalk N5? De onderslagbalk van de portaalconstructie in kunstwerk Noord is ter plaatse van de kolommen op rubberen oplegblokken ge- plaatst (fig. 9). De balk heeft een rechthoekige doorsnede, weegt circa 420 ton en is 23,4 m lang. Naast conventionele wapening is ook deze balk voorzien van 12 voorspankabels 22Ø15.7 (FeP1860) (fig. 10). Het boven het spoor bouwen van de onderslagbalk was in dit geval geen optie. Doordat de onderslagbalk meerdere sporen kruist, zou de overspanning van de tijdelijke ondersteuningsconstructie te groot worden. Vanwege de beperkte ruimte boven het PVR van het spoor, was er onvoldoende hoogte voor een dergelijk zware constructie beschik - baar. Daarom is voor het prefabriceren van de onderslagbalk op een voorbouwlocatie gekozen. Door het grote eigen gewicht van de balk en de beschikbare ruimte voor het plaatsen van kranen, was het echter niet mogelijk om de balk vanaf een naast het spoor gelegen locatie op zijn plek te hijsen. In dat geval zou de vlucht van de kranen te groot worden. Daarom is besloten de balk op een iets verder weggelegen locatie te 7  Tijdelijke ondersteuningsconstructie onderslagbalk W14, inclusief doorrijpoort VIDEO Op www.cerinfra.nl wordt het project Container Exchange Route (CER) in een video in beeld gebracht. 7 24? CEMENT 2 2020 Om het spoorverkeer doorgang te laten vinden is in de ondersteunings­ constructies van kunstwerk West een doorrijpoort opgenomen bouwen en deze met behulp van SPMT's (Self-Propelled Modulair Transporters) van - af de voorbouwlocatie naar de definitieve locatie te transporteren (foto 12). De SPMT's zijn hierbij evenwijdig aan de definitieve as van de onderslagbalk geplaatst. Vervolgens zijn deze op een vooraf over het spoor aan - gebrachte hulpbrug gereden. Hierdoor kon de balk direct naast zijn uiteindelijke positie worden gemanoeuvreerd. Vanaf die plek is de balk praktisch alleen nog verticaal om - hoog gehesen om op zijn definitieve steun - punten te kunnen worden geplaatst (foto 1). Dit alles binnen een relatief korte buiten - dienststelling van de spoorweg. Als gevolg van deze bouwfasering moesten er in het ontwerp een aantal extra belastingsituaties worden beschouwd. Dit vanwege het wijzigen van de positie van de opleggingen tijdens de verschillende bouw - fasen. Tijdens het transport en het hijsen lag de balk op een stalen frame, waarbij in tegenstelling tot de eindsituatie een over- stek aanwezig was van ongeveer 1,5 m. De trekspanningen aan de bovenzijde van de balk namen hierdoor 1,5 MPa toe. Door in de bouwfase alleen de bovenste zes kabels voor te spannen kon de betondoorsnede tijdens transport volledig onder druk wor- den gehouden. Zodra de prefab liggers 8 Impressie knooppunt Noord 9 Aanzicht portaalconstructie N5 10  Voorspanverloop onderslagbalk N5 8 9 10 portaalconstructie N5 hamerstuk N6 CEMENT 2 2020 ?25 van de brugdekken op de balk waren ge- plaatst, zijn ook de onderste zes voorspan- kabels gespannen. Inhijsen onderslagbalk N6? Het steunpunt naast de portaalconstructie is een hamer- stuk (N6) (fig. 11). De wand van dit hamer- stuk bevindt zich vlak naast het spoor. De onderslagbalk kraagt daarnaast uit boven het bestaande spoor. Omdat de ruimte voor het maken van een ondersteuningscon - structie ook in dit geval te beperkt was, is besloten om deze balk ook op een naast- gelegen voorbouwlocatie te prefabriceren. Vanaf deze locatie kon de balk in één keer op de kolom worden gehesen (foto 13). Voordeel ten aanzien van de veiligheid was dat de werkzaamheden hierdoor niet op hoogte en naast het spoor hoefden te worden uitgevoerd. Voor het ontwerp van de balk had dit met name gevolgen voor de dimensionering van de stekwapening die tussen de onder- slagbalk en de kolom moest worden aange- bracht. Om de verbinding goed te kunnen maken, was het noodzakelijk om deze op een grotere dekking en hart-op-hart-afstand te plaatsen. Daarnaast zijn vier 42 tons hijslussen toegevoegd om de balk te kunnen hijsen. Voor een goede verankering van de lussen is in de balk extra wapening rondom de hijslussen aangebracht. De verbinding tussen kolom en onder- slagbalk is uiteindelijk tot stand gebracht door in de voorgebouwde onderslagbalk verticale gains op te nemen (foto 14). Daarbij is zowel aan de ontwerpkant als de uitvoe- ringskant veel aandacht besteed aan het goed op elkaar aan laten sluiten van de 1400 mm lange stekken Ø40-200 en de in de balk ge- storte gains. Voorafgaand aan het hijsen van de balk waren enkele kleine vezelcementplaten op de kolom aangebracht. Hierdoor ont- stond circa 50 mm ruimte tussen kolom en onderslagbalk, die vervolgens tegelijkertijd met de gains vol is geïnjecteerd. Deze voeg is aan de buitenzijde dichtgezet met een bekis- ting van plexiglas (foto 15). Hierdoor kon de mate van vulling van de voeg en de gains goed in de gaten worden gehouden met als resultaat een perfecte verbinding tussen kolom en onderslagbalk. Uiteindelijk kon de balk tijdens een nachtelijke hijsoperatie probleemloos op de kolom worden geplaatst. Tot slot Het project CER toont aan dat de invloed van een uitvoeringsmethode op het ontwerp van een constructie groter kan zijn dan je op het eerste gezicht zou denken. Relatief kleine aanpassingen in het ontwerp kunnen aan de andere kant weer veel voordelen opleveren bij de realisatie ervan. Bij CER zijn werk - voorbereiders, uitvoerders en onderaanne- mers bewust vanaf de voorontwerpfase bij het ontwerpproces betrokken. Hierdoor zijn veel raakvlakken al in een vroeg stadium op elkaar afgestemd. Het resultaat is een inte- graal en maakbaar ontwerp van de nieuwe Container Exchange Route. De onderslagbalk N5 is op een voorbouwlocatie gemaakt en met behulp van SPMT's naar de definitieve locatie getransporteerd 11 11  Impressie steunpunt N6 26? CEMENT 2 2020 12 13 14 15 12  Transport onderslagbalk N5 13  Inhijsen van onderslagbalk N6 14  Stekwapening invoeren in gains N6 15  Bekisting van plexiglas t.b.v. voeg onderslagbalk/kolom N6 CEMENT 2 2020 ?27