Van spoorstaafspanning naar betonspanning 62014 45Van spoorstaaf-spanning naarbetonspanningTen zuiden van Amsterdam loopt een drukke infrabundel die bestaat uit twee sporen, de noord- en zuid-baan van rijksweg A10 en de metro. Deze bundel passeert de rivier de Amstel, de Amsteldijk en de Ouder-kerkerdijk over vier vaste bruggen op circa 10 m hoogte. Ten behoeve van de spoorverdubbeling voor hetproject OV SAAL wordt binnen een strook van 22 m ? tussen de buitenring van de A10 en het bestaandespoor ? een vijfde brug ingepast met een breedte van circa 13 m (fig. 2).1KW20: een tweede spoorbrug over de Amstel1 Storten van dek C van de nieuwespoorbrug over de Amstelfoto: Gerrit Sern?thema045_051_07_KW20.indd 45 26-09-14 11:57Van spoorstaafspanning naar betonspanning6201446themaHet nieuwe spoorviaduct heeft een lengte van 250 m en omvatvijf overspanningen. De positie van de steunpunten wordtgedicteerd door de belendende bruggen en de scherpe bocht inde Amstel ter plaatse. In het midden van de Amstel wordt ??npijler in de lijn van het remmingwerk geplaatst. De hoofdover-spanningen boven het water zijn beide 60,5 m. De aanbruggenvari?ren in lengte van 28 tot 45 m.De pijlers op de oever bevinden zich gedeeltelijk in de kern-zone van de primaire waterkering. De landhoofden zijn hoog-gelegen en ge?ntegreerd in de bestaande taluds.Spoorstaafspanningen statisch bepalendDe spoorstaven kunnen op traditionele wijze worden bevestigdop betonnen dwarsliggers in een ballastbed of met een directespoorstaafbevestiging waarbij de spoorstaven met klemmenworden bevestigd op betonopstorten. De eerste oplossing iseenvoudig te onderhouden en vergt een lagere investering bijde bouw. Het tweede systeem heeft een kleinere inbouwhoogtemaar stelt strengere eisen aan spoorstaafspanningen. Vanwegede beschikbare constructiehoogte moest worden gekozen voorde tweede optie.Temperatuurbewegingen en doorbuigingen in de brug, evenalsremmen en optrekken van treinen leiden tot normaalspannin-gen en langsvervormingen in de spoorstaven. Bijkomendespanningen en vervormingen in de spoorstaven moeten aanstrikte eisen voldoen om onder meer spoorspatting te voorko-men. Deze interactie tussen spoorstaven en brug is getoetst meteen langskrachtenmodel.Het reduceren van spoorstaafspanningen en -vervormingenheeft ook consequenties voor de constructie. Normaal gespro-ken zou een doorgaande statisch onbepaalde constructie deir. Kees HofstedeAlliantie Amstelspoor / BAM CombinatieAmstelspoorir. Tjwan Hok-BheAlliantie Amstelspoor / Grontmijir. Rogier LichtBAM Combinatie Amstelspoorir. Frederick van WaardeBAM Combinatie Amstelspoor2 Visualisatie van de nieuwe spoor-brug over de Amstel, ingeklemdtussen rijksweg A10 Zuid en debestaande spoorbrugbron: A&E Architecten3 Dek D wapening vlechten, dek Eondersteuningsconstructiefoto: Jane van RaaphorstTabel 1 Trade-off-varianten voor de dekconstructievariant A tenderontwerp variant B variant C variant Dhoogte brugdek 4,0 m1-velds liggerdirecte spoorstaafbevestiging3 compensatielassen in spoor-ligger prefabbetonnen l-liggers kokerligger hybride liggerstalen liggers + betonnen dekkritische eiseneis 0121: dragen verkeersbelasting; laststelsel UIC71 voldoet voldoet voldoeteis 0377: dragen calamiteitenbelasting voldoet voldoet voldoeteis 0611: invloed constructies/afvoerend vermogen Amstel voldoet voldoet voldoet voldoetlangskrachten voldoet voldoet voldoet voldoetrealisatie-eiseneis 444: stremming autosnelweg voldoet voldoet indien kranen niet op A10 voldoet voldoet indien kranen niet op A10eis 446: hinder autosnelweg voldoet voldoet indien kranen niet via A10 voldoet voldoet indien kranen niet via A10eis 450: stremming vaarweg Amstel voldoet voldoet voldoet voldoeteis 459: tijdelijke beperking doorvaarthoogte voldoet voldoet voldoet voldoetbeoordelinggeotechniek 0 0 0 0duurzaamheid + + + -betrouwbaarheid bewezen constructiehinderbeleving (geluid; eis 0201) + + +vormgeving (ruimtelijke transparantie, eenheid vanbestaand en nieuw, esthetisch duurzaam uiterlijk)+ afwijkend van bestaand:geen uitkragend dek;onderslagbalk benodigd+ -invloed op fundering en onderbouw 0 - 0 +2bestaande spoorbrugbestaande metrobrugrijksweg A10 Noordnieuwe spoorbrugrijksweg A10 ZuidAmstelCement_06_2014 46 26-09-14 11:12Van spoorstaafspanning naar betonspanning 62014 47BouwmethodeTijdens de bouw is hinder voor het verkeer en de omgevingslechts beperkt toegestaan. Provincie Noord-Holland stelde deeis dat het scheepvaartverkeer op de Amstel niet langdurigmocht worden gestremd. Voor voorkeursvariant A ? in situbetonnen -ligger ? heeft direct op de definitieve locatie bouwende voorkeur. Binnen de gestelde randvoorwaarde was dit echterniet haalbaar. Daarom is voor de aanbieding een variant ontwik-keld waarbij de dekken voor de hoofdoverspanningen op desteunpunten van de aanbruggen zouden worden voorgebouwd.Met een aantal hulpsteunpunten zou elk dek op de definitieveligging boven de Amstel worden geschoven.Als optimalisatie binnen het alliantiecontract is na gunning metProvincie Noord-Holland onderzocht wat de mogelijkhedenwaren voor een bouwmethode waarbij toch werd uitgegaan vaneen gedeeltelijke stremming. De doorvaart zou daarbij opeenvol-gend aan de westelijke en oostelijke helft worden gestremd en het(beperkte) scheepvaartverkeer met tweerichtingsverkeer via ??ndoorgang worden geleid. De provincie heeft hiervoor alsnoggoedkeuring verleend. Uiteindelijk zijn hierdoor alle brugdekkentoch direct op hun definitieve locatie gebouwd.De bekisting voor de dekken is ondersteund met een staalcon-structie over paaljukken op maximaal 10 m onderlinge afstand(foto 3). Voor het transport van materialen naar de bouwlocatiebleek een torenkraan het meest geschikt. Dit type kraan neemtnauwelijks ruimte in beslag en heeft een groot bereik. Welvoorkeur hebben gehad vanuit het oogpunt van het brug-ontwerp. Echter, een statisch onbepaalde constructie bij debruglengte van 250 m zou alleen voldoen aan de criteria voorbijkomende spoorstaafspanningen en -vervormingen indien??n of meerdere extreem stijf gefundeerde rempijlers als onder-bouw van de brug zouden worden toegepast. Daarvoor zou eenverdubbeling van het aantal palen en van de afmeting van defundatie nodig zijn. Bij een systeem met vijf statisch bepaaldegedilateerde dekken in combinatie met dilataties in de spoor-staven (compensatielassen) op beide landhoofden zullen derem- en aanzetkrachten gelijkmatig over de steunpuntenworden verdeeld. Er kan met normale funderingen aan deinteractiecriteria worden voldaan. Om deze redenen is gekozenvoor een opbouw met vijf statisch bepaalde dekken.Variantenanalyse dwarsdoorsnede brugdekEr zijn vier hoofdvarianten beschouwd voor de dwarsdoor-snede van de dekconstructie:A in situ betonnen -ligger;B prefabbetonnen I-liggers met een in situ betondek;C betonnen ??ncellige kokerligger;D twee stalen liggers met een in situ betondek.Met een trade-off-matrix zijn de opties getoetst aan de kritischeontwerp- en realisatie-eisen, bouwkosten en risico's (tabel 1).Op basis hiervan is voor variant A gekozen.3Cement_06_2014 47 26-09-14 11:12themaVan spoorstaafspanning naar betonspanning6201448NAPKleine Wetering Amsteldijk27 950 45 000W5 ca. -2.05060 500 60 500 39 650233 600fietspadAmstel Ouderkerkerdijk654321B- +9.795WS ca. -0.40012 000GWS -1.50012 8504500PVRGC-25kVPVRGC-25kVBS1800505535045205900NAP4 Langsdoorsnede van de spoorbrug5 Typische dwarsdoorsnede6 Bouwvolgorde en spanfasering7 Langsvoorspanning:(a) verloop(b) bovenaanzicht(c) kopvlakHet beton van de balken en het dek van de -ligger is per over-spanning in ??n fase gestort (foto 1). Dit was noodzakelijk omscheurvorming in de aansluiting van balken en dek doorverhinderde vervorming te voorkomen.VoorspanningDe krachtswerking in het dek in langsrichting is bepaald metALP (FEMMASSE) en in de dwarsrichting met SCIA Engineer.De voorspankracht per -ligger is bepaald door te toetsen opde maximaal toegestane buigtrekspanningen in de voorge-drukte trekzone (NEN 6720 art. 8.7.4 b).Voor de maximale overspanning is een standaardligging van dekabels bepaald. Voor dek C en D met de maatgevende over-spanning van 60,5 m zijn 2 ? 13 kabels nodig (19-strengs,draaide de giek over het spoor en de rijksweg. Na een uitge-breide risicoanalyse en op basis van diverse beheersmaatrege-len hebben ProRail en Rijkswaterstaat hiervoor goedkeuringverleend. De belangrijkste maatregelen waren anti-zichtscher-men langs de rijksweg en hijsbereikbegrenzing op de kraanzodat deze nooit boven het verkeer kon hijsen.Definitief constructief ontwerpOnderbouwDe overspanningen van de brug bedragen respectievelijk27,95 ? 45,00 ? 60,50 ? 60,50 ? 39,65 m (fig. 4). De steunpuntenzijn gefundeerd met voorgespannen prefab-betonpalen op detweede zandlaag, op een diepte van circa NAP -22,5 m. Hetsteunpunt in de Amstel is gebouwd in een bouwkuip met onder-waterbeton.De landhoofden bestaan uit rechthoekige betonsloven (C28/35)van 7 ? 9 m en 1,8 m dik. De tussensteunpunten bestaan uitbetonsloven (C28/35) van 7,0 tot 9,5 ? 11,0 tot 12,0 m en 1,6tot 1,8 m dik. Hierop staan massieve ellipsvormige pijlers(C28/35) van 2,8 ? 5,9 m die in hoogte vari?ren van 5 m tot9,5 m (fig. 4 en 5). De dekken zijn vrij opgelegd op de steun-punten met ronde gewapende rubberen oplegblokken: twee perlandhoofd en vier per pijler. Tussen de gedilateerde dekkenmag maximaal 2 mm verschilverplaatsing loodrecht op hetspoor optreden. Om hieraan te voldoen, is een dwarsfixatie meteen dookverbinding tussen dek en onderbouw toegepast.BovenbouwDe bovenbouw is uitgevoerd als een in situ voorgespannenbetonnen ligger met een constante dwarsdoorsnede in de vormvan een . De overall constructiehoogte is 4,0 m (C35/45). Debenen van de zijn de hoofdliggers. Het spoordragend dek isde bovenflens en drukzone van de samengestelde doorsnede(fig. 5). Het dek met een breedte van 12,45 m is tussen deliggers 500 mm dik en verjongt in de uitkraging tot 260 mm.Voor alle overspanningen, vari?rend van 28 m tot 60 m, is dezezelfde dwarsdoorsnede toegepast.De -liggers zijn aan het uiteinde voorzien van een kopschot ende onderflenzen zijn bij de steunpunten over een lengte van5 m onderling verbonden door een koppelvloer.45Cement_06_2014 48 26-09-14 11:12Van spoorstaafspanning naar betonspanning 62014 49123456789101112131 34 5 67 8 910 1112 132kracht. De constructie is hiermee zelfdragend en de ondersteu-ningsconstructie is afgevijzeld. Tot slot zijn alle kabels op 100%nagespannen. Hierna kon het aansluitende dek wordengebouwd.Wapening ontwerpen in 3DHet aanbrengen van complexe wapening met beperkende rand-voorwaarden, zoals slechte bereikbaarheid door bouwen tegeneen gesloten vlak, is een behoorlijke puzzel. In de uitvoerings-fase kan winst in tijd, kwaliteit en geld worden geboekt als diepuzzel, met de juiste spelers, vooraf in een virtuele omgevingwordt opgelost. Dat is gedaan door het modelleren van wape-ning in 3D inclusief de volgorde van aanbrengen. Enkele voor-beelden worden in het navolgende beschreven.SpankoppenIn het gebied van de spankoppen in het kopvlak van de ligger iseen aanzienlijke splijtwapening nodig in combinatie met eencomplexe geometrie en slechte bereikbaarheid. Dit onderdeel ismet `Allplan Engineering' in 3D uitgewerkt om de passing goedte kunnen beoordelen en het uitvoeringsteam, de vlechter en devoorspanleverancier te betrekken bij het optimaliseren van dewerkvolgorde (fig. 9).Bij de kop van het dek is het door het al gebouwde aangren-zende dek noodzakelijk om van buiten naar binnen te werken.Dat is lastiger en vraagt veel vooruitdenken. Door de wapeningin het model, in overeenstemming met de werkvolgorde, laagvoor laag op te bouwen zijn conflicten bij het vlechten inzichte-lijk gemaakt en vroegtijdig opgelost. Het 3D-model onder-steunde de communicatie in het voortraject en heeft de uitvoe-ring bespoedigd.?15,7 mm per kabel, FeP1860) (fig. 7). Voor dek A met dekleinste overspanning van 28 m volstaan 2 ? 3 kabels.De einddwarsdrager is in dwarsrichting met rechte stavenvoorgespannen. Hier is voor staven gekozen, onder anderevanwege de compacte verankering. De dwarsvoorspanningvarieert van 3 staven ?26,5 mm tot 4 staven ?36 mm FeP1030,in verhouding met de aanwezige langsvoorspanning.SpanprotocolOm een gelijkmatige inleiding van de krachten te realiseren ende voorspanverliezen te beperken, heeft het de voorkeur destrengen in langsrichting tweezijdig aan te spannen.Met de kleine ruimte tussen de afzonderlijke dekken was dit,behalve voor het eerste te bouwen dek, vanwege de benodigderuimte voor de vijzel en de bediening zonder aanvullendemaatregelen niet mogelijk. Om meer tussenruimte te cre?ren,zou een vergroting van de ondersteuningsconstructie, dekolom, nodig zijn. Dit was niet mogelijk zonder af te wijkenvan de vormgevingseisen. Wel zouden de opeenvolgendedekken in de bouwfase steeds zoveel verhoogd kunnen wordengebouwd dat de spankoppen boven het naastgelegen dek uitste-ken en bereikbaar zijn. Na het afspannen zou het dek wordenafgevijzeld naar de eindpositie en zou het volgende dek opdezelfde wijze verhoogd kunnen worden gebouwd. Deze werk-wijze was minder gewenst vanwege veiligheidsrisico's als aflei-ding voor automobilisten, werken nabij de bovenleiding vanhet spoor en extra kosten voor de tijdelijke ondersteuning.Door eenzijdig voor te spannen per dek (fig. 6), is verhoogdbouwen niet nodig. Dit is een goede optie indien kan wordenaangetoond dat de wrijvingsverliezen niet veel groter zijn danbij tweezijdig voorspannen en een gelijkmatige inleiding vankrachten is gewaarborgd.Dit is met berekeningen aangetoond en in de uitvoering gevali-deerd door de voorspanning bij het eerste dek in uitvoering aande passieve zijde te meten. De gemeten verliezen kwamenovereen met de voorspelde waarden.De langsvoorspanning is per dek in drie fasen aangebracht. Infase 1 zijn alle kabels binnen twee dagen na het storten op 15%gespannen ter voorkoming van krimpscheuren. Vervolgensvond voorspanning plaats op 50% van de totale eindvoorspan-veldnummerstramienspanrichtingrealisatie volgorde67a7b7cCement_06_2014 49 26-09-14 11:12Van spoorstaafspanning naar betonspanning62014508 Bekisting van dek B9 3D-tekening wapeningbij spankoppen-liggerVoor de wapening van de -ligger is het principe gehanteerd:prefabriceren waar het kan, in het werk vlechten waar hetmoet. Bij de uiteinden van de liggers is de wapening zocomplex dat de laatste 6 m alleen in het werk kan wordengevlochten. De wapening in het middendeel van de overspan-ning is relatief eenvoudig en kan worden geprefabriceerd. Erworden bij de vlechtcentrale wapeningskorven van 4 m hoogen 8 m lengte gevlochten. Hierin zijn de omhullingsbuizen vande voorspanning met variabele hoogte al opgenomen overeen-komend met de positie van de korf in de ligger. Met deze werk-wijze wordt winst geboekt in de bouwtijd. De werkwijze heeftook arbotechnische voordelen: door het werken in een halkunnen de zware staven worden geplaatst met een kraan inplaats van deze met meerdere vlechters op locatie te tillen(maximaal 25 kg per persoon). Bovendien kunnen de wape-ningskorven liggend worden gevlochten zodat werken ophoogte op de bouwlocatie sterk wordt verminderd.Optimalisatie betonmengselDe dekken zijn ontworpen in betonsterkteklasse C35/45.Wanneer gebruik zou worden gemaakt van een standaardC35/45-mengsel, met een lage water-cementfactor en een hoogportlandcementgehalte, zou de warmteontwikkeling met degegeven afmetingen en de bekisting van het dek aanzienlijkzijn. Dit resulteert in verhoogde temperatuurkrimp, een groterekans op scheurvorming en snel teruglopende verwerkbaarheid.Verder geldt dat de eindsterkte veel sneller wordt bereikt danna 28 dagen. Dat terwijl de eindsterkte, in dit geval 45 N/mm2,pas benodigd is na 28 dagen.Voor dit project is juist gebruikgemaakt van de positieve aspec-ten van de temperatuurontwikkeling in het beton. Er is gekozenvoor een mengsel C30/37, geheel op basis van hoogoven-cement, met een langzame sterkteontwikkeling en aangetoondesterkte onder genormeerde omstandigheden van 45 N/mm2na56 dagen. Omdat de warmteontwikkeling bij deze samenstel-ling lager is, is daarmee het risico op scheurvorming kleiner.Door toepassing van hoogovencement zal het mengsel boven-dien langer verwerkbaar blijven.De sterkteontwikkeling van het mengsel is van tevoren bepaaldop basis van de ijkgrafieken en het verwachte temperatuurver-loop. Onder de specifieke condities van KW20, rekeninghoudend met de temperatuurontwikkeling, werd aangetoonddat met dit mengsel de vereiste sterkte van 45 N/mm2binnen28 dagen kon worden bereikt.89themaCement_06_2014 50 26-09-14 11:12Van spoorstaafspanning naar betonspanning 62014 5110 Wapening bij spankoppen inuitvoering11 De aanleg van de nieuwespoorbrug over de Amstelvanuit de lucht gezienfoto: Your Captain Luchtfotografieom het beton hier te verdichten. Ook via speciale luikjes in dezijkant van de bekisting werd het beton verdicht. De middenlaagvan de ligger is gestort in consistentiegebied F4 met fijn grind. Debovenste meter van het dek is vervolgens afgestort in een consis-tentie F4 met 50% 16 mm grind en 50% 32 mm grind.Voortgang van de bouwIn maart 2013 zijn de voorbereidende werkzaamheden op hetwater gestart en is de westelijke doorgang voor 11 maandengestremd. In deze periode zijn alle steunpunten en dekken tenwesten van de `waterpijler' (as 4) gerealiseerd. In februari 2014 isde westelijke doorgang weer opengesteld en ging de bouw van deoostelijke dekken van start. Medio november 2014 is de ruwbouwvan alle dekken gereed, de afbouw volgt in maart 2015. Het dek B, van in totaal 600 m3beton, is op 9 september 2013als eerste gestort bij een dagtemperatuur van circa 25 ?C. Voormonitoring van de sterkteontwikkeling volgens de methodiekvan gewogen rijpheid en temperatuurontwikkeling is gebruik-gemaakt van rijpheidsmeters. De gemeten maximale tempera-tuur in de kern van de ligger was 54 ?C. Door de isolerendehouten bekisting (foto 8) en het afdekken met isolerende zeilenverliep de afkoeling mooi geleidelijk. De gerealiseerde warmte-en sterkteontwikkeling kwam overeen met het voorspeldeverloop en de eindsterkte werd v??r de 28 dagen aangetoond.De wapeningsdichtheid is in de kop bij de verankering van devoorspanning erg hoog (foto 10). Hier is een mengsel met fijngrind en een hogere consistentie F5 toegepast. Via in de wapeningopgenomen spiralen kon de trilnaald tot onder in de kist komen1011Cement_06_2014 51 26-09-14 11:12