ing.L. van DoornRijkswaterstaat, directie Bruggen1StroomdiagramVerbreden van betonnenkunstwerkenNa de groteuitbreiding van het Nederlandsewegennetin de laatste 25jaar, krijgenwijwellichtinde toekomst meer en meer te maken met plaatselijke aanpassingen en reconstructies. Daarbijzullen, gezien de langebeslissingsproceduresen de optredende problemen bij het verwervenvan gronden, deontwerpersworden gedwongen een aansluiting ofkruising binnen een zo kleinmogelijk oppervlak te realiseren. Dewerksituatietijdensde uitvoering is hierdoorveel ongunsti-ger dan in het verleden het geval was. Dit heeft tot gevolg dat de beschikbare werkruimte en deverkeersintensiteit een grote invloed hebben op de keuze van het ontwerp. Duidelijk favoriet indergelijke situaties zijn in het algemeen de prefabricage en hetsteigerloos uitbouwen.Gecompliceerder wordt het wanneer een bestaande tunnel, brug of viaduct in de reconstructiemoet worden opgenomen. De mogelijkheden om een betonnen kunstwerk te verbreden c.q. teverlengen zijn namelijk beperkten soms uitgesloten. Ditvindtvooral zijn oorzaak in deeisen tenaanzien van het rijcomfort. Langsvoegen in of tussen rijstroken zijn niet meer acceptabel.Dit artikel beperkt zich tot het verbreden van rijvloeren van bruggen en viaducten waarvan debeide constructiedelen (oude en nieuwe) vormvast aan elkaar worden verbonden. De toepas-sing van een dwarskrachtverbinding zonder de mogelijkheid om momenten op te nemen is danook buiten beschouwing gelaten.Fundering en onderbouwIn tegenstelling tot de bovenbouw kunnen de fundering en onderbouw van het oude en hetnieuwe gedeelte gescheiden of gekoppeld worden uitgevoerd. Degrondgesteldheid en de aardvan de constructie spelen hierbij een belangrijke rol. In het stroomdiagram van figuu r 1wordenglobaal de mogelijkheden weergegeven. Uiteraard komen met behulp van bijzondere maatre-gelen andere toepassingen in aanmerking.BovenbouwHet materiaal beton kon eenvoudig en goedkoop in elke willekeurige vorm worden aange-bracht. Het vormvast verbreden van een brugplaat levert geen problemen op indien er voldoen-de rekening kan worden gehouden met de opgelegde vervormingen en de vervormingen dievoortvloeien uit de aard van de constructie en het toegepaste materiaal.OUDSTAALPUTTENNIEUWOpgelegde vervormingenHieronder worden onder meer verstaan de vervormingen die het gevolg zijn van zetting van deondergrond onder de verbreding of een deel daarvan ?n van temperatuursinvloeden. Dezakking van de ondergrond houdt geen verband met het statische systeem. AI treedt dezezakking geleidelijk op, hij is steeds desastreus voor de constructie, omdat het brugdek indwarsrichting, met name in het gebied van de ondersteuningen zeer stijf is. Plaatselijk zullengrote scheuren optreden. Een principe bij een vormvaste verbreding is dan ook vrijwel geenzettingen toe te staan 1 mm). Dit houdt in dat een constructie die alleen ter plaatse van hetrijdek is gekoppeld en waarvan het nieuwe gedeelte op staal is gefundeerd in ons landnauwelijks te realiseren valt. De temperatuurschommelingen en de wisseling van het vochtge-halte van deconstructie geven geen specifieke verschillen tussen beide delen. Alleen wanneersprake is van een andere constructievorm, bijvoorbeeld een verbreding van een ter plaatsegestorte plaat met behulp van geprefabriceerde balken of wanneer een ander statisch systeemwordt toegepast, kunnen ongelijke vervormingen optreden die spanningsverschillen tussenbeide delen doen ontstaan.Cement XXXII (1980) nr. 8Belemmerde vervormingenDit zijn de vervormingen die hetnieuwegedeeltedirect of in de tijd ondergaat doorinvloeden diesamenhangen met de constructie en het materiaal beton. Deze verplaatsingen worden gedeel-telijk belemmerd door de bestaande brugplaat. We kunnen onderscheid maken in elastische,kruip- en krimpvervormingen.1. Elastische vervormingen van het nieuwe gedeelte:a. doorbuiging van het brugdek als gevolg van het eigen gewicht;433Figuur 2Figuur 3Figuur 4OUD NIEUW----Figuur 5OUDCement XXXII (1980) nr. 8b. vervormingen zowel in horizontale als in verticale richting door het onder voorspanningbrengen van de plaat;c. doorbuiging onder mobiele belasting.De onder a en b genoemde invloeden kunnen in vele gevallen worden voorkomen dooreerst denieuwe brugplaat 'zelfdragend' te maken en daarna te koppelen. Bij een verbreding metgeprefabriceerde balken kan dit eveneens.2. KruipvervormingDoor de langdurige belasting op een deel van de constructie zal een vervorming als functie vande tijd optreden. In de krachtsverdeling van een statisch bepaalde of statisch onbepaaldeconstructie speelt de elasticiteitsmodulus geen rol. In de vormveranderingsvergelijking valt?eruit. De 'onbelemmerde' kruip heeft dus geen invloed op de krachtsverdeling, w?l op deverplaatsingen. Bij een vormvaste verbinding tussen een oud en een nieuw gedeelte doetzichjuist het vervormingsprobleem voor. De bestaande brugplaat verhindert de 'vrije' vervormingvan de verbreding. Een gelukkige bijkomstigheid is echter dat dank zij de relaxatie-eigenschappen van het nog jonge beton de door de belemmerde vervorming veroorzaaktekrachten beperkt blijven tot een veel lagere grenswaarde dan in het geval van een volledigelastisch verhinderen van de vervorming van het nieuwe gedeelte.3. KrimpvervormingDe constructie ondergaat in de loop der jaren een zekere uitdroging. Het niet gebonden waterverdampt op den duur. Hierdoor treden vervormingen op in de tijd. Evenals bij kruip ontstaat bijverschillende ouderdom van beide constructiedelen een belemmerde vervorming van hetnieuwe gedeelte. De optredende spanningen worden geleidelijk opgebouwd en slechts vooreen deel genivelleerd doorrelaxatievan het jonge beton. Dit in tegenstelling met de optredendespanningen ten gevolge van een plotselinge verplaatsing; deze spanningen zullen in de tijdbijna geheel verdwijnen.ToepassingenHet eenvoudigste voorbeeld is de verbreding van een prismatisch gewapende betonplaat. Hetnieuwe gedeelte wordt aangestort tegen de bestaande brugplaat (fig. 2). Naenige tijd ontstaanin de stortnaad een dwarskracht, een langskracht en dwars-wringmomenten ten gevolge vanuitwendige en inwendige belasting (ten gevolge van kruip en krimp van het verse beton) (fig. 3).De verbindingsconstructie moet nu zodanig zijn dat geen langsscheur ter plaatse van destortnaad ontstaat.In de praktijk kennen wij hoofdzakelijk twee methodes waarmee de verbreding kan wordengerealiseerd:1. De bestaande plaat wordt gedeeltelijk opengehakt (over ca. 500 mm). De wapening wordtrechtgebogen en opgenomen in de wapening van het nieuwe gedeelte (fig. 4). Tussen beidedelen wordt in eerste instantie een voeg gehouden om de elastische vervorming (tengevolgevan eigen gewicht) onbelemmerd te laten plaatsvinden. Op deze wijze kwamen de volgendeverbredingen tot stand: bruggen over de Lingeen het Merwedekanaalin Rijksweg A 1,bruggenen onderdoorgangen in Rijksweg A 13.2. Indien het bestaande dek niet kan worden opengehakt, omdat bijvoorbeeld het dek in gebruikmoet blijven, worden beide delen door middel van dwarsvoorspanning aan elkaar gekoppeld(fig. 5). De werkwijze is daarbij als volgt:Er worden" gaten geboord in het oude dek. De staven worden hierin aangebracht en verlijmd.Daarna wordt het nieuwe gedeelte zelfdragend gemaakt, waarbij voldoende ruimte tussen destaven en de omhullingsbuizen moetbestaan om deelastischedoorbuiging niette belemmeren.De voegwijdte tussen beide delen varieert van 20-150 mm, afhankelijk van het gebruik van eenepoxy- of betonmortel. Nadat het tussen stort is aangebracht en verhard, worden beide delenaan elkaar gespannen. Deze werkwijze werd gevolgd bij de brug over de Lutterhoofdwijk inRijksweg A 34 en het viaduct over de spoorlijn Amersfoort-Zwolle in de weg A 28.4341320000Figuur 6'ixyt.2.07SchuifspanningenB20000J.W N/mmTrekspanningen loodrecht op de stortnaad9Verdeling normaalspanningen-4.75 "-y t ~? 0.6+ 0.8+ 6.1.? 6.0+ 4.4+ 1.8+ 0.5'-...~'-IN N/mm2Cement XXXII (1980) nr. 8NIEl WavcVerbreden van voorgespannen betonplatenIn onderstaand voorbeeld wordteen indrukgegeven van de optredendespanningen die in beidedelen ontstaan door het vormvast verbinden (fig. 6).Uitgangspunten van de berekening:? de voorspanning in het oude en nieuwe deel zijn gelijk gehouden en gebaseerd op tweegescheiden platen met langsvoeg in verband met de elastische vervorming:Obd = -4,75 N/mm2 ;? Eb = 3.104N/mm2;? het nieuwe deel wordt eerst zelfdragend gemaakt en volledig in langsrichting afgespannenvoordat de dwarskoppeling plaatsheeft;? toegepast is de kruipeliminatiemethode van Dischinger:K", = Kaanvang . e-