O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVoor spanningcement 2007 3 85Achteraf versterken van liggersliggers in het werk gestort of liggers van geprefabriceerde elementenVersterken van de constructieVerbinden van betonnen elementen Voorspannen van steunpuntenHet (inwendig) voorspannen vanbetonnen bruggen en viaductenwordt eigenlijk al meer dan eenhalve eeuw toegepast. De voor-spankabels worden dan in voor-spankanalen in de betondoor-snede ingevoerd en afgespannen.Meestal wordt dit afspannengevolgd door injectie van de holleruimte tussen spankanaal en voor-spankabels. Nederland kentweinig problemen met de duur-zaamheid van deze constructiesen voorspansystemen. Door degoede ervaringen met dezeinterne voorspanning wordt inNederlandse ontwerpsituatiesvrijwel altijd voor dit systeemgekozen.In het buitenland zijn echter welschadegevallen opgetreden.Slechte injectie van voorspankana-len en een slechte afwerking vande ankerkoppen zijn slechtsenkele redenen hiervoor. Veelbeschadigde bruggen moestendaarom worden gerepareerd enversterkt. Zo ontstond er behoefteaan voorspankabels die niet in debetondoorsnede worden opgeno-men, geschikt zijn voor controlesvan hun toestand en, indiennodig, kunnen worden nagespan-nen of zelfs uitgewisseld. Inlanden als Duitsland en Frankrijkwordt daarom vaker externe voor-spanning toegepast, zelfs in hetontwerp van nieuwe constructies.N e d e r l a n d s e b e h o e f t eIn Nederland zijn in het kader vande Spoedwet Wegverbreding circavierhonderd kunstwerken con-structief beoordeeld. Het blijkt datbij een deel van deze kunstwerkenversterkingen nodig zullen zijn.Dit is het gevolg van:? toename van de verkeersbelastingzowel volgens de normen als inde praktijk; denk aan zwaarderevoertuigen, het aantal vrachtwa-gens per rijstrook en het gebruikvan de traditionele vluchtstrokenals spits- of plusstroken;? toename van de rustende belas-ting. Vaak is het asfaltpakket opbrugdekken veel dikker dan bijhet ontwerp is aangehoudendoor het wegwerken van onef-fenheden in het lengteprofiel enoverlagingen met ZOAB of zelfsdubbellaags ZOAB. Ook wordenvaak achteraf (hogere) geluids-schermen geplaatst;Versterken van bestaandebruggen door uitwendigevoorspanningir. J.W.A. Geel, Infra Consult + Engineeringir. W.B. Grundlehner, Spanstaalir. R.P.H. Vergoossen, ARCADIS InfraDe laatste jaren is steeds meer vraag ontstaan naar praktische methodenvoor het versterken van (bestaande) bruggen. Belastingtoenamen en schade-gevallen zijn de twee belangrijkste redenen. Een methode is het aanbrengenvan (meer) voorspanning. Aangezien in de betondoorsnede hiervoor meestalgeen ruimte is opgenomen, is externe voorspanning dan zeer effectief. Vooralhet buitenland kent hiervan vele toepassingsvoorbeelden. Op dit moment zijner nog geen (Nederlandse) normen c.q. richtlijnen voor externe voorspanning.Door een Stufib-studiecel is onderzoek gedaan naar de mogelijkheden voordeze toepassing.1 |Voorbeelden van achter-af versterken van liggersO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVoor spanning86 cement 2007 3? verzwaring van de dwarskracht-eisen. Bij het uitkomen van deVB74 is een trendbreuk opge-treden, waarbij de verschillenvoor gewapende plaatbruggenhet grootst zijn*);? ontwerp- en uitvoeringsfouten.Door het grote aantal nieuwekunstwerken en het tot ontwik-keling komen van allerleisoorten voorgespannen con-structies in de jaren `60 wordener soms detailleringsfouten inde constructies gesignaleerd.Zo is ook in Nederland eenbehoefte ontstaan aan voorspanka-bels die niet in de betondoorsnedeworden opgenomen.Bestaande constructies kunnen opverschillende manieren door hetgebruik van uitwendige voorspan-systemen worden versterkt (fig. 1).Het aanbrengen van voorspanka-bels kan worden overwogen voor:? reductie van de optredendemomenten;? reductie van de dwarskracht en/of het vergroten van het dwars-krachtdraagvermogen;? verlagen van (trek)spanningenin de oorspronkelijke wapeningvanwege duurzaamheid en/ofvermoeiing;? versterken van zones bij detail-leringsproblemen zoals bijopleggingen of voegovergangen;? wijzigen van het statischsysteem door verbinden vanconstructieonderdelen.V o o r s p a n s y s t e m e nVoor externe voorspanning wordenveelal dezelfde materialen gebruiktals de in Nederland bekende mate-rialen voor inwendige voorspan-ning. Strengen in kwaliteit FeP1860en ?15,7 (150 mm? doorsnede)nemen een duidelijk dominanteplaats in door hun relatief gunstigeprijs. Voor uitwendige voorspan-ning zijn weliswaar ook zware uit-voeringen mogelijk, doch vanwegedetailleringszaken bij deviatorenzijn uitvoeringen met meer dantwaalf strengen niet courant.De omhulling moet het voorspan-element beschermen. Naast duur-zaamheid moet hierbij ook wordengedacht aan het voorkomen vanschade door vandalisme en brand.Op het aspect duurzaamheid wordthierna ingegaan. De meest cou-rante materialen voor de omhul-lingbuis zijn HDPE, staal en opbeperkte schaal PP (vanwege deprijs). Bekende ankersystemenzoals wigverankeringen kunneneventueel met kleine aanpassingenworden toegepast.Bij het veranderen van de richtingvan de voorspankabels wordendeviatoren toegepast. Een deviatordraagt naast de radiale krachten ooktangenti?le krachten, veroorzaaktdoor wrijving, af aan de constructie.Veelal worden betonnen dwarsdra-gers of nokken toegepast als devia-tor, maar een volledig stalen devia-tor is ook mogelijk (foto 2).D u u r z a a m h e i dOmdat externe voorspankabels nietdoor een betonconstructie tegeninvloeden van buitenaf, zoals corro-sie, worden beschermd, neemtduurzaamheid of conservering vande voorspankabels een belangrijkeplaats in. In fib-bulletin 11 [1]worden verschillende conserve-ringsmanieren besproken.Een systeem van strengen in eenmet was of vet gevulde HDPE-omhulling, die bekend is van hetmonostrand-principe, biedt veelal2 |Volledig stalen deviatorfoto's: Freyssinet*) Door de komst van de Eurocode wijzigende eisen, waaronder die aan dwarskracht.Hierdoor komen in de toekomst wellichtmeer bestaande constructies voor verster-king in aanmerking.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVoor spanningcement 2007 3 87een goede bescherming. Een zeerduurzame oplossing, die is toege-past bij de Ketelbrug, zijn gebun-delde monostrands. Hierbijworden monostrands in eentweede HDPE-omhulling toege-past. De tussenruimte tussen debeide HDPE-lagen kan openblijven of met vet of grout wordenge?njecteerd.Of een meervoudige corrosiebe-scherming bij een beperkte restle-vensduur een economische optieis, valt te bezien.O n t w e r p e n r i c h t l i j n e nControle van de betonconstructieals geheel en specifieke details (ver-ankeringen, ombuigpunten, geleidepunten) op bijvoorbeeld scheur-wijdte, dwarskracht, pons, vermoei-ing, bezwijkmoment en rotatiecapa-citeit, buigstijfheid ensplijtwapening, kan worden uitge-voerd aan de hand van debestaande vigerende voorschriften.Te noemen zijn NEN 6720 (VBC),NEN 6723 (VBB), Richtlijnen voorhet ontwerpen van betonnen Kunst-werken (ROBK) en Richtlijn Beoor-delen Bestaande Kunstwerken(RBBK). In de toekomst kan veelalvan de betreffende Eurocodedelengebruik worden gemaakt.Voor de toetsing en controle van debetonconstructie geldt als uitgangs-punt dat de voorspanning uitslui-tend als belasting op de constructiemag worden beschouwd. De door-snede van het voorspanstaal zelf zalgeen invloed hebben op de controlevan de scheurwijdte in de bruik-baarheidsgrenstoestand en op decontrole van het breukmoment inde uiterste grenstoestand.Andere algemene aspecten metbetrekking tot te beschouwenbelastingsituaties zijn in geval vanversterking van bestaandebruggen met uitwendige voor-spanning:? extra voorspanverliezen in debestaande interne kabels alsgevolg van het spannen van deextra uitwendige voorspankabels;? opbarsten en scheurvormingaan de `voorgetrokken' druk-zijde in geval van minimalebelastingen;? vermoeiing van de betondoor-snede onder druk-drukspan-ningswisselingen c.q. druk-trek-spanningwisselingen;? controle op voldoende reste-rende rotatiecapaciteit van debetondoorsnede;? controle van de dwarskrachtca-paciteit met betrekking totbezwijken van de betondrukdia-gonaal (2);? de verankeringspunten, deviato-ren en afstandhouders moetenworden berekend op verschil-lende kabel- en spanconfigura-ties als gevolg van de gefaseerdeinbouw c.q het gefaseerd ver-vangen van voorspankabels;? er moet rekening gehoudenworden met tweede-orde-effec-ten door verschillen die kunnenontstaan tussen de vervormendeextern voorgespannen beton-constructie en de niet noodza-kelijk meevervormende voor-spaneenheden (remedie:voldoende kabelsteunen).I n s p e c t e e r b a a r h e i dDe voorspanelementen met hunspecifieke onderdelen (verankerin-gen, deviatoren, doorkoppelingen)moeten toegankelijk zijn voorinspectie, onderhoud en zonodigvoor vervanging van voorspaneen-heden. In geval van kokerbruggenkan daarbij worden teruggegrepenop de bestaande Duitse richtlijn[2]. In geval van andersoortigeconstructies zijn nog aanvullendenader te formuleren voorwaardennoodzakelijk. Hiertoe is verderonderzoek aan te bevelen, waarinook aandacht wordt besteed aaneen systeem voor classificatie enbeproeving van de duurzaamheidvan uitwendige voorspansyste-men.B e s c h i k b a r e v o o r b e e l d e ne n r i c h t l i j n e nDe studiecel heeft diverse projec-ten waarin externe voorspanningis toegepast, in haar rapportgebundeld. Aan enkele van dezeprojecten is in het verleden ookeen artikel in Cement gewijd.Het rapport van de studiecel bevatdaarnaast een zeer grote opsom-ming en vertaling van relevantenormteksten uit verschillendeinternationale normen en richtlij-nen. Verder zijn er aanbevelingenvoor uitvoering en ontwerp vanexterne voorspankabels bijbestaande bruggen opgenomen.C o n c l u s i e s e na a n b e v e l i n g e nOp basis van bestaande normenen richtlijnen en in de nabije toe-komst de Eurocodedelen kan hetontwerp van een versterking vaneen bestaande constructie primaworden uitgerekend. Tevens zijnop de markt diverse goed toepas-bare voorspansystemen beschik-baar voor het gebruik als externevoorspankabels. Ook zijn er vol-doende ervaringen in het buiten-land en in Nederland opgedaanmet de uitvoering van externevoorspanning. De studiecel advi-seert om nader onderzoek te ver-richten naar een algemeensysteem en richtlijn voor beproe-ving en classificatie van de duur-zaamheid van externe voorspansy-stemen.Stufib-rapport 9 `Versterken vanbestaande bruggen door uitwen-dige voorspanning' is te bestellenbij het secretariaat van Stufib. nL i t e r a t u u r1. FIB / CEB-FIP Bulletin 11`Factory applied corrosion pro-tection of prestressing steel'State of the Art Report jan.2001.2. Bundesministerium f?rVerkehr, Abt. Strassenbau`Richtlinie f?r Betonbr?ckenmit externen Spanngliedern'Ausgabe 1998 Verkehrsblatt? dokument nr B5258 ? Vers.07/98.