28 Een openhart - operatie in hartje Amsterdam Vervanging Leidsebrug met minimale hinder De Leidsebrug ? een monument De Leidsebrug is in 1923 door P.L. Kramer in Amsterdamse School-stijl ontworpen en in 1925 gebouwd als plaatbrug met twee doorvaarten (foto 1). De brug ligt over de Singelgracht en verbindt de Stadhouderskade met het Leidseplein. Het bouw - werk is versierd met beeldhouwwerk van Johan Polet. Overdadig gedecoreerde verzwaringen van graniet op de hoeken van de landhoofden stellen nijlpaarden en leeuwenkoppen voor. Het hekwerk bestaat uit decoratief smeedijzeren balustraden op de borstweringen en op het hoofdgedeelte van de brug. Het brugdek heeft uitkragende flensen met stalen randliggers met geprofileerde afdeklijst waarop de versierde hoofdbalustrade is vastgezet. 1 Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 29 De Leidsebrug vormt een belangrijke ontsluitingsroute naar het Leidseplein met meerdere tramlijnen, een busstrook en heel veel passerende toeristen. De plaatbrug overspant de Singelgracht, waar onderlangs ook mensen op rondvaartboten de brug passeren. Na bijna 100 jaar was de brug aan een opknapbeurt toe; er was sprake van scheurvorming in het monumentale metselwerk en corrosie en vermoeiingsproblemen in de stalen dekliggers. Knellende randvoorwaarden Een van de belangrijkste en meest uitdagende uitgangspunten bij de renovatie was dat het verkeer over en onder de brug gewoon doorgang moest vinden. Om tot een goed ontwerp te komen, was het noodzakelijk goed zicht te hebben op de bestaande situatie. Er bleken nog oude palen aanwezig te zijn. Bovendien zijn de landhoofden in een ver verleden aangepast en verbreed. Wat er zich exact in de bodem bevond was daar - door erg onzeker. Om huidig en toekomstig ruimtebeslag in beeld te krijgen is een 3D-puntenwolk (fig. 2) gemaakt en zijn de belangrijkste punten van dek en ornamenten ingemeten. Al gauw werd duidelijk dat het ontwerp zeer strak in zijn jas moest passen. De vereiste doorvaarthoogte (15 cm hoger dan oorspronke- lijk) leidde tot een zeer beperkte constructiehoogte. De grote hoeveelheid doorvoeren en de dwingende assen van de tram maakte het er niet eenvoudiger op. Opbouw brug De oude brug is opgebouwd uit stalen dekliggers op drie steun- punten: twee landhoofden en een pijler. Deze landhoofden en pijlers zijn opgetrokken uit metselwerk en natuursteen. Gekozen is het dek volledig te vervangen door prefab-betonnen volstortliggers met druklaag (fig. 3). Deze vormen een twee- velds integraal dek dat monoliet is verbonden met de fundering. Hiermee kon de beperkte ruimte optimaal worden benut. De keuze voor volstortliggers was logisch maar kritisch. Uitda- gingen waren onder meer de vereiste dekking op de wapening in de druklaag in verband met duurzaamheid, en daarbij tal van doorvoeren voor kabels en kritische gasleiding. Er was amper ruimte voor beton. Behalve de vervanging van het dek waren ook nieuwe palen nodig, achter de landhoofden en onder de middenpijler (fig. 4). Er is gekozen voor HEK-buispalen met groutinjectie, 460/560/10. Een openhart - operatie in hartje Amsterdam De renovatie van de monumentale Leidsebrug is het eerste onderdeel van de vernieuwing van het Leidse - plein. Het was een huzarenstukje: tijdens de renovatie reed de tram er gewoon overheen en voeren rond- vaartboten eronderdoor. Dit werd mogelijk gemaakt door het uitschuiven van het oude en inschuiven van het nieuwe brugdek. De 'oude dame' moest slechts een paar dagen 'onder narcose' om de operatie veilig te laten verlopen. ir. Johan Bolhuis RO BAM Infraconsult B.V. ir. Frans-Jan Willemen Bartels Infra B.V. 1 Oude situatie Leidsebrug 2 3D-scan bestaande situatie 2 Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 30 N.A.P. as brug 3 Dwarsdoorsnede nieuwe dek 4 Opbouw nieuwe brug met oude palen over de volle lengte en nieuwe palen naast landhoofden en onder middenpijler 5 Verborgen dwarsdragers, opgelegd op de nieuwe palen oude brug te realiseren. Ter plaatse van de pijlers en landhoofden zijn verborgen dwarsdragers voorzien (in situ), die zijn opgelegd op de palen (fig. 5). Het ontwerp vroeg om een integrale aanpak. Er is gekozen de engineering van de prefab liggers, in combinatie met alle in situ onderdelen zoals de druklaag en de dwarsbalken, onder te brengen bij dezelfde adviseur. Zo zijn voorspanning, druklaag- wapening en koppelingen optimaal afgestemd. Inschuiven Om de hinder zo veel mogelijk te beperken is het nieuwe dek deels ingeschoven. Hiervoor is gebruikgemaakt van een tijdelijke tafelconstructie en een schuifbaan op palen. De stalen liggers van deze schuifbaan waren in staat een deel van de vervormingsvariatie in verticale zin op te vangen door de eigen stijfheid. Horizontaal is dat lastiger. Doordat de bestaande stalen brug bros was, was het niet mogelijk het hulpwerk aan de bestaande constructie te lassen. Hier was overigens vooraf geen rekening mee gehouden. Stabiliteit en vormvastheid is daarom geborgd door 'afkruisen' van de hulpconstructie. Monitoring van de verplaatsingen tijdens de uitvoering was noodzakelijk om vastlopen te voorkomen. Deze zijn bovenin voorzien van kopwapening en een basis- wapening over de volledige lengte van de paal. De landhoofden en de pijlers zelf moesten ook worden aangepakt. Oorspronkelijk was de gedachte om alleen het metselwerk te renoveren en zorg te dragen voor geen belastingtoename op de bestaande constructie. Maar onder meer omdat de kwaliteit en omvang van historische delen in de ondergrond uiterst onzeker was, is gekozen de nieuwe brug feitelijk vrij van de 3 4 5 Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 31 Dekdeel ADekdeel BDekdeel C Stap 1: Plaatsen hoofdconstructie en funderingspalen. Demonteren dek C en D. Stap 2: Realisatie schuifdek B. Stap 3: Buitendienststelling, verwijderen trambaan en inschuiven dek. Stap 4: Afwerken dek. Stap 5: Realisatie nieuw dek (A en C). 6 7 8 6 Fasering inschuiven (in tegenstelling tot wat op tekening staat was positie A de voorbouwlocatie en niet positie C) 7, 8 De palen onder de middenpijlers zijn geïnstalleerd door voorgeboorde gaten in de pijler Fasering De renovatie is gefaseerd uitgevoerd. Het dek is daarbij in drie secties verdeeld: A t/m C (fig. 6). Hierna zijn diverse stappen doorlopen. Noodbrug en nieuwe fundering In de eerste fase zijn de delen A en C vrijgemaakt van verkeer. Dat verkeer werd inclusief de tram over de middensectie (sectie B) geleid. Het fietsverkeer en voetgangers werden over een tijdelijke noodbrug geleid. Vervolgens zijn door het bestaande dek en oude funderingsresten hulppalen aangebracht om de schuifbaan en balklaag op aan te brengen. De palen moesten dóór het dek worden geïnstalleerd. Het was geen sinecure om deze langs de liggers van het bestaande dek naar beneden te brengen. De palen onder de pijler moesten zelfs door voorgeboorde gaten in die pijler worden aangebracht (foto 7 en 8). De bestaande houten palen zijn door een verscherpte boorkop vermalen, waarna de paal met groutinjectie op de juiste positie met beperkte paalmisstanden kon worden geplaatst. Voor de renovatie zijn waar nodig zijde voor zijde de monu- mentale natuursteenblokken en historisch metselwerk verwijderd tot onder de waterlijn. Het risico dat de kraan door het bestaande dek of fundering zou zakken is daarbij onderkend. Het bestaande dek is getoetst en uit voorzorg zijn Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 32 9 10 9 Oude liggers losgezaagd op opgelegd op hulpconstructie 10 Bouw nieuw dekdeel met prefab volstortliggers baan ten behoeve van de vijzels nog verder is verlengd met een uitkraging om de vijzels te kunnen plaatsen. Inschuiven nieuw brugdek Na gereedkomen van het nieuwe dek was een korte buiten- dienststelling van het tramverkeer onvermijdelijk. Na sloop van het middendeel B is het nieuwe dekdeel met behulp van vijzels ingeschoven en de tramlijn hersteld. Nu kon de sloop van middenpijler en opbouw van sectie A en C worden uitgevoerd. In deze fase kreeg ook het restauratiewerk en het terugplaatsen van alle natuursteen en renovatie van het metselwerk aandacht. Op het moment dat de secties gereed waren, werd de verbin- ding met dek B tot stand gebracht. Na terugplaatsing van het gerenoveerde hekwerk en aanbrengen van tramhaltes en straatmeubilair was 'de oude dame' in ere hersteld. Dwarsverbinding Nadat de drie losse dekken op hun plek zijn gelegd, zijn ze onderling verbonden. De twee langsnaden zijn daartoe in een latere fase aangestort. In dwarsrichting is de koppeling tot stand gebracht door het doorleggen van de wapening (fig. 11). Hiervoor is gebruikgemaakt van schroefkoppelingen. Voor het beton is een snel hardend mengsel (C45/55) voorgeschreven, die gedurende de uitvoering is gemonitord op de ontwikkeling van voldoende sterkte. In overleg met de betontechnoloog is extra dragline schotten aangebracht om de belastingen van de kraan te spreiden. Slopen en uitschuiven oude brugdek Nadat het historisch leuningwerk was losgemaakt en afgevoerd naar de restaurateur, kon de sloop van het dek echt beginnen. De liggers zijn per veld losgezaagd en tijdelijk opgelegd op de hulpconstructie (foto 9). Met behulp van een schuit is voor één overspanning van sectie A het dek afgevoerd. Rondvaartboten konden gebruik blijven maken van de andere doorvaart. Na volledige sloop van sectie A van het eerste veld, is de vaar - route verlegd en volgde het tweede veld. Zo is sectie A volledig verwijderd en ruimte gemaakt voor het nieuw te bouwen dek. Betonwerk landhoofden en nieuw dekdeel De nieuwe landhoofddelen voor sectie B konden nu grotendeels worden gemaakt, waarbij geen belastingoverdracht plaatsvond naar het kwetsbare bestaande landhoofd. De nieuwe dwars- dragers rusten immers op de nieuwe palen die achter de bestaande landhoofden staan. Stempeling van het oude land- hoofd bleek aanvankelijk rekenkundig noodzakelijk om dompen te voorkomen. Er is echter voor gekozen de gronddruk achter de landhoofden te verminderen door deze af te graven, en een gelaagde grondconstructie met geotextiel aan te brengen die is vrijgehouden van de landhoofden. Op het moment dat de dwarsdragers ter plaatse van de land- hoofden gereed waren, is het nieuwe dekdeel B afgebouwd op de hulpconstructie ter plaatse van sectie A (foto 10). Probleem was wel dat het nieuw te bouwen dekdeel B breder was dan het oude dekdeel B en bovendien breder dan het nieuw te bouwen dekdeel A. Dit had als gevolg dat de schuif- Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 33 Fase 0b: spannen/ ontkisten t = 0,9 Fase 0a: storten t = 0ca 11,1 m ca 11,1 m ca 0,6 m ca 2,4 m ca 2,4 m ca 8,2 m ca 8,2 m ca 0,5 m ca 2,4 m ca 8,2 m ca 0,5 m ca 3,8 m ca 7,9 m ca 7,9 m ca 3,8 m ca 2,8 m ca 26,2 m ca 0,5 m ca 2,4 m ca 8,2 m ca 0,5 m ca 0,6 m ca 9,9 m ca 11,1 m ca 11,1 m ca 11,1 m ca 11,1 m ca 12,5 m ca 12,5 m ca 12,5 m ca 12,5 m ca 12,5 m ca 12,5 m ca 11,1 m Fase 0c: op tas-terrein t = 1,0 Fase 1a: bouw dek - plaatsen liggers t = 60 Fase 1b: bouw dek - storten druklaag t = 70 Fase 2: schuiven t = 100 Fase 3: plaatsen dek t = 101 Fase 4: dek B in gebruik dek A & C onbelast t = 102 Fase 5: dek in gebruik door tram/verkeer t = 470 - einde levensduur 11 12 Dekdeel A Dekdeel B Ø20-75 (druklaagwapening) Ø10-75 druklaag 6Ø32 6Ø32 8Ø16 5Ø32-110 tussen lijven prefab 3Ø20 stekanker per prefab ligger bgl Ø16-300 4-snedig 4Ø16 tussen lijven prefab bgl Ø16-300 4-snedig (in dek) Ø10 lv = 360 mm 12x schroefkoppeling 8x schroefkoppeling 11 Doorsnede dek t.p.v. aansluiting dekdeel A-B bij de middenpijler 12 Statische schema's in verschillende fases voor dekdeel B bepaald dat het tramverkeer kon worden hervat bij een aantoonbare druksterkte van het beton van 3 à 4 MPa. Statische schema's bouwfase Door de koppeling in latere fase, veranderde de belastingafdracht voor de afzonderlijke dekplaten tijdens de uitvoering. De ver - binding gaf immers verandering van spreiding in belastingen in dwarsrichting en de spanningen uit eerdere fasen waren van invloed op de vervolgfasen. De statische schema's zijn afzonder - lijk beschouwd. Voor dekdeel B is figuur 12 daar en voorbeeld van. De gehele levensloop van de ligger is voor alle fasen in beeld gebracht van stort tot ingebruikname op locatie. Koppeling dek en onderbouw Ook de koppeling van dek en onderbouw vroeg aandacht. Er was een oplegging nodig rond de palen om de dwarsdragers te kunnen dragen alvorens het dek af te bouwen. Contracteis was dat geen belasting werd uitgeoefend op de bestaande con- structiedelen. Daarmee is dan ook geen stabiliteit te ontlenen aan de landhoofden en de pijler. Gekozen is voor een koppeling door middel van stekken waarbij de dwarsdragers rusten op een stalenkrans. Zo is een momentvaste aansluiting tussen palen en dek gerealiseerd en fungeren de palen als ingeklemde pendels. De stalenkransen zorgen voor de noodzakelijke inlei- ding van de krachten in de stalenbuispalen. Ze zijn toegepast voor alle palen in de beide landhoofden en in de middenpijler. Voor dekdeel B zijn sparingen in de dwarsdragers opgenomen die na het schuiven zijn aangestort. Op het moment dat deze verbinding was uitgehard, was de aansluiting dusdanig stijf dat het moment en daarmee het drukpunt buiten de doorsnede van de paal viel (fig. 13 en 14). Zowel de betondoorsnede als de krans zelf zijn in de verschillende fasen getoetst en geopti- maliseerd. Vervanging middenpijler Behoud van de oude middenpijler, bestaande uit metselwerk en natuursteen, als geheel bleek onmogelijk. Het metselwerk bleek te veel aangetast. Gekozen is om aan de kopse einden het natuursteen volledig te renoveren en terug te brengen. Voor de langswanden van de middenpijler zijn prefab-betonnen kadeschorten gemaakt, bekleed met in dikte gereduceerde natuursteen en metselwerk. Het geheel is afgesteund en opgehangen aan de paalconstructie (fig. 15). De prefab delen zijn gekoppeld aan de palen door doken op te nemen en vervolgens een betonlaag aan te brengen tussen de palen om deze permanent te verbinden. Het plaatsen van de elementen onder het ingeschoven deel B bleek geen eenvoudige opgave. Om gewicht te besparen tijdens montage, is het metselwerk in Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018 34 B dubbele hoeklas a = 8 mm enkele hoeklas a = 5 mm verstijving t = 20 mm 40 350 dubbele hoeklas a = 5 mm 8010 1080 210 210 460 1060 buispaal ? 460/10 drukzone c4 ac.4 = 5820 drukzone c1 ac.1 = 42.160 resultante drukzone c1 drukzone c2 ac.2 = 58.750 resultante drukzone c2 drukzone c3 ac.3 = 41.640 resultante drukzone c3 80 80 450 450 1060 +1937 bk steen +1687 bk steen +637 bk steen NAP -600 bk prefab PW18 PW15 PW02 MW MW PO13 150400 350 +1480 gelijmde strook PO38 PO16 fase 2 later gevuld met schuimbeton fase 1 bestaand WS 340 340 80 80 660 1060 220 220 1500 13 Dwarsdoorsnede stalen kransen op de nieuwe palen 14 Bovenaanzicht krans met per rib/drukzone de resultante kracht 15 Voorbeelddoorsnede t.p.v. pijler met kadeschorten gemaakt, bekleed met in dikte gereduceerde natuursteen en metselwerk (op deze positie ook natuursteen aan de onderzijde) De brug is compleet in een BIM-model gemodelleerd. Het BIM- model is gebruikt om de clashes met de bestaande situatie in kaart te brengen en ook om te kijken hoe alle materieel moest worden gepositioneerd. Het gewicht van dit materieel bleek bovendien zodanig dat spreidingsvoorzieningen op het dek nodig waren. Het werk is aangenomen met een EMVI-component. Hierbij is ervoor gezorgd dat de hinder voor de omgeving minimaal was, wat de maximale bonus opleverde. Wat wel naar voren kwam, was dat niet alle detailleringen compleet bedacht kunnen worden in een tender. Hierbij zijn het vakmanschap van de uitvoering en het ontwerp noodzakelijk om tot een goed resultaat te komen. Ook opdrachtgever heeft hierbij een grote rol gespeeld. ? ? PROJECTGEGEVENS project Renovatie Leidsebrug opdrachtgever Gemeente Amsterdam hoofdaannemer en ontwerpleiding BAM Infra B.V. ontwerper/Constructeur Bartels Infra B.V. leverancier prefab beton Romein Beton oplevering december 2017 twee fasen aangebracht. De eerste laag kwam direct na plaatsen boven het water uit. De resterende lagen zijn vervolgens opge- metseld en tot slot is de natuurstenen bovenrand aangebracht. Om schade door aanvaring in de toekomst te voorkomen, is uiteindelijk ook de resterende holle ruimte tussen de elementen boven de koppeling met palen gevuld met schuimbeton. Ervaringen bij uitvoering Een dergelijk werk is altijd een verrassing voor de uitvoering. Omdat de brug een historisch monument is en gedurende de jaren verder is uitgebouwd, was het vooraf niet duidelijk hoe de ondergrond was samengesteld. Wat bijvoorbeeld bleek, was dat achter de bestaande landhoofden behoorlijk wat kabels en leidingen aanwezig waren. Detaillering van alle onderdelen was dus van belang. 13 14 15 Een openhart operatie in hartje Amsterdam 2 2018