IBRUGGENBOUW IALGEMEENONTWERP IINGRIJPENDE VERANDERINGEN INDE BOUW VAN GROTE BRUGGENIn de bouw van grote betonnen bruggen zijn de afgelopen tien jaar groteveranderingen te zien geweest. Zo is de toepassing van tuibruggen sterk opgekomen.Ook zijn nieuwe bouwmethoden ontwikkeld, zoals 'klapbruggen'. Meer recent is dedoorbraak te zien in de toepassing van uitwendige voorspanning, terwijl het strevennaar lichtere dwarsdoorsnede leidt tot hybride constructies. In deze bijdrage wordtvooral de visie van de Franse bruggenbouwers op deze ontwikkelingen en hunbijdrage daarin naar voren gebracht*.2Veldsgewijze verticale bouw, metbehulp van een klimbekistingDoelstelling is besparen op dure bekis-tingen en hulpconstructies. In deze ont-wikkeling valt ook het idee brugdekkenveld voorveld verticaal met een klimbe-kisting te bouwen en deze vervolgensmet behulp van een tijdel~,! 1Oa-b).Opengewerkte wanden en ruimte-lijke structurenGesloten betonnen koketwanden kun-nen vervangen worden door staaf-ele-menten of door ruimtelijke vakwerk-structuren, hetzij van beton, hetzij vanstaal.Het belangrijkste knelpunt indezeoplossing betreft vanzelfsprekend hetontwerp van de verbindingen, die deschuifkrachten en buigende momentenmoeten kunnen overbrengen.De eerste realistat?e van een ontwerpmet stalen staven (H-profielen) is dePontd~bois;het ontwerp daarvoorwasCement 1988 nr. 2 17!BRUGGENBOUW . IALGEMEENONTWERPHet idee van ruimtelijke vakwerkele-menten is ontwikkeld door aanne-mingsbedrijf Bouygues, in eerste in-stantie ten behoeve van de bouw van dePont de Bubiyan in Koeweit. Voor deverbinding van de geprefabriceerde on-der- en bovendekkenzijn daar eveneensgeprefabriceerde vakwerkelemententoegepast, tot een buigstijf geheel ge-monteerd met inwendige en uitwendi-ge voorspanning (j?to's 12a-b).Een variant op deze oplossing is doorBouygues toegepast voor de bouw vande viaducten te Sylans en Glaci?res (zieCement 1987 nr.12).van Dragages et Travaux Publics en deSoci?t? G?n?rale d'Entreprises (fig.lla-b).29,854O,OOma-h Uitvoering van de Pont de Buhiyante Koeweit, door Bouygues1211? a-h Ontwerp en uitvoering vande Pont d'Arhois (ontwerp vanDragages et Travaux Puhlics enSoci?t?G?n?ral d'Entreprise)De tot nu toe genoemde oplossingenhebben stuk voor stuk nog duidelijkzwakke kanten. De economische voor-delen van staal-betonconstructies zijnop dit moment nog niet bewezen, zekerniet voor de middelgrote overspannin-gen. De tot nu uitgevoerde projectenzijn meestal experimentele bouwwij-zen, opgedragen aan de aannemer zon-der ruimtevoor uitwerkingvan alterna-tieven. De keuze vanBouyguesvoor be-tonnen staafelementen in zijn ruimte-lijke vakwerkstructuren is in dit ver~band een indicatie.Als 't gaat om een afweging binnen hetbetongebied, zijn ruimtelijke vakwer-ken zeker een economische methodeom tot lichtere constructies en eenlagermateriaalgebruik te komen. Maar hetgrote aantal verbindingen blijft nogsteeds een zwak punt, terwijl de geringedoorsnede~afmetingen van de staafele-menten twijfels oproepen ten aanzienvan de duurzaamheid.I-----------~-~---------~~-~~~~-_lAlle voornoemde constructies zijn ge-baseerd op de toepassing van18 Cement 1988 nr. 2(langs)voorspanning, vaak uitwendig.Voorhet beloop endeverankeringdaar-van zijn voorzieningen nodig buiten degewone doorsnede, zoals ribben en nok-ken, die de uitvoering bemoeilijken ende bouwkosten doen stijgen.Deze overwegingen hebben geleid tothet volgende idee: vervang de geslotenwanden door driehoekige wandel-ementen, zoals ge?llustreerd in figuur13. Hiermeewordteenverlagingvanheteigengewichtvan de constructie bereikten een verbetering van de geometrischeeffici?ntie, maar tegelijkertijd wordtvoorzien in mogelijkheden voor het af-buigen en verankeren van uitwendigevoorspankabe1s.De driehoeken staan op hun top, zodatde bases een doorgaande oplegging vor-men voor het brugdek. Deze vormge-ving maakt een eenvoudige storttech-niek mogelijk, terwijl doorvoering vanvoorspankabels op elk gewenst momentmogelijk is.Wat materiaaleconomiebetreft vallendeze opengewerkte wandstructurentussen de traditionele gesloten wandenen de ruimtelijke vakwerken.Belangrijke voordelen ten opzichte vande ruimtelijke vakwerken zijn:- plaatelementen zijn minder kwets-baar dan staafelementen, onder ande-re omdathet aan de buitenluchtge?x-poseerd oppervlakaanzienlijkminderis;- vermindering van het aantal verbin-dingen.Hetbureau SECOAheeftvoor bouwbe~drijf Quillery op basis van dit idee eenontwerp gemaakt voor de viaducten teSylans en Glaci?res (fig. 14). Hoewel deaanbieding van Quillery goedkoperwasdan .die van Bouygues, heeft de op-drachtgever, de Soci?t? des AutoroutesParis~Rhin-Rh?me, voor de laatste ge-kozen, vanwege het meer innovatievekarakter.In het kader van optimalisering van debovenbouwconstructie moet zeker ookde toepassing van hoogwaardig betonworden genoemd, met een karakteris-tieke druksterkte van 50 ? 60 N/mm2?Daarbij zijn ook combinaties mogelijkmet sterk trapeziumvormige, bijnadriehoekige dwarsdoorsneden, zoalsweergegeven in figuur 15. Hierbij is hetmogelijk de dikte van het onderste be-tondek naar het midden van de over-spanning toe te reduceren.In figuur 15 is het onderste betondek alsterk teruggebracht. Hierop voortbor-durend komt men dan al snel tot devol-gende stap: het vervangen van het on-derdek door een stalen buis, in combi-GRANDE BASE ou MONTANT MONTANT .TRAPEZ6iOAL COUPE A.At10,15POINTE OU MONTANTIPETITEBASE,I. 3.00 .1 PORTEECOORANTE: 51.2 MEPAISSEUR EQUIVALENTE: "CM1314Open wandstructuur, met d:riehoekige openingenOntwerp voor viaducten te Sylans en Glaci?res., vanSECOA (niet gerealiseerd)15 Bijna driehoekige dwarsdoorsnede van een betonnenkoker10.7S7.00PORTEES VARIABLES DE40.95 m A 53.55 m..1. 2.875 .116 a-b Viaduct te Maupr?,ontworpen en uitgevoerd doorCampenon Bernard; driehoekigedwarsdoorsnede met stalen buis alsonderflensCement 1988 nr. 2 19IBRUGGENBOUW IALGEMEENONTWERPSECTION TRANSVERSALEOntwerp voor een boogbrug over de Rance. vanSECOA]TRJANGUlAIIONS METALUQUESAlternatieve. hybride constructie voor de boog vanfiguur 17MEMBRURESEN BETONAHAUTES .PERFORMANCESfck ~ SOMP;1718l =2il Mf = Jl MSVrbaissem.nl .LH: 1-L ?PROJE T SETRA - SECOAnatie met geprofrleerde staalplaat voorde schuine wanden. Dat dit geen fanta-sieis, blijkt uitde uitvoeringvanhetvia~duct te Maupr?, door firma CampenonBernard (fig. 16). Zowel constructief enbouwtechnisch als esthetisch is dit eenzeer geslaagd project.Ook voor tuibruggen en boogbruggenzal het gebruik van hoogwaardig betonleiden tot een betere materiaalecono-mie, omdat in zulke bruggen hogedrukspanningen in langsrichting voor-komen. Betontwerpvooreenboogbrugover de Rance (fig. 17), zou zeker geopti-maliseerd kunnen worden als de aanne-mer erin zou slagen op de bouwplaatseen karakteristieke druksterkte van50 N/mm2te realiseren. De doorsnedevan de koker voor de boog zou dan met20 %kunnen worden gereduceerd. Er isdaarbij ookal verder gedacht aan eenal-ternatieve, hybride constructie zoalsweergegeven in figuur 18.Uitwendige voorspanningEen andere markante ontwikkeling inde bruggenbouw is de toepassing vanuitwendige voorspankabels. De afgelo-penjaren is er, onder andere dankzij deimpulsen van firma SETRA, met nameinde persoonvanMichelVirlogeux, eengeweldige ontwikkeling te zien geweestin deze constructietechniek(zie ook Ce-ment 1987 nr. 12).Deze techniek biedt voordelen op hetgebied van de uitvoering en de kwaliteitvan de uiteindelijke constructie., alhoe-wel dit nog niet tot beduidende finan-ci?le besparingen heeft geleid voorbruggen met middelgrote overspannin-gen.Als belangrijkargumentvoorde toepas-sing wordt genoemd de mogelijkheidtotvervangingvan aangetastevoorspan-elementen, als eenextragarantievoordegewenste levensduurvande constructie.Uitwendige voorspanning wordt ook inverband gebracht met de toepassing vangedeeltelijk voorgespannen beton, om-dat de scheurvorming in beton ondertrekbelasting geen invloed mag hebbenop de bescherming van het voorspan-staal.De eerste toepassingen van uitwendigevoorspanning vonden plaats in de Ver-enigde Staten, in projecten van het bu-reau Figg and Muller, bijvoorbeeld deLong Key Bridge in Florida. Het gingdaarbij om kleinere tot middelgroteoverspanningen, waarbij de prefab ele-mententen behoeve van de montage opeen tijdelijke ondersteuningwerden ge-plaatst. De verankering van de uitwen-dige voorspankabels zijn geplaatst in dehamerstukken boven de pijlers, terwijlvoor het afbuigenvande kabels eenvou-dige nokken van gewapend beton zijngemaakt ter plaatse van de aansluitingtussen kokerwand en -vloer (fig. 19). Detrapeziumvormige kokerdoorsnedebiedt zodoende een elegante en econo-mische oplossing voor het goede beloopvan de uitwendige voorspankabels.Uitwendige voorspanning is ook metsucces toegepastvoorschuifbruggen; dedoorsnede van de kokerwanden kondaarbij aanmerkelijk worden geredu-ceerd. Zelfs ineenaantalvrije-uitbouw-bruggen is uitwendige voorspanningtoegepast, zij hetdat in die gevallen geenvolledig vervangbaar voorspansysteemkon worden bereikt.In de meeste in Frankrijk uitgevoerdeprojecten is gebruik gemaakt van tweekabeltypen:- min ofmeer horizontale kabels, opge-nomen in de betondoorsnede nabijhet bovendek. waarvoor geen kostba-re voorzieningen voor het beloop no-dig zijn. Deze kabels dragen het eigengewicht van de koker;- uitwendige kabels, die na de montagevan de prefab elementen worden aan-gebracht. Deze kabels worden veran-kerd boven de pijlers en worden naarhet onderdek afgebogen met specialevoorzieningen.Hier is dus sprake van een gemengdvoorspansysteem, met als minpunt dat,19 Schema van de bouw van Long Key Bridge (Florida).een van de eerste toepassingen van uitwendige voorspanning(. . . . . --G..__. .. .... .. . T? .. .. . .~- -r=~ 35.96 .120 Cement 1988 nr. 2~'"'~ -Cl:LI:EI::!:E!!!~?~~~T~3n I""'r 1 1 I 1~j~.~--,l=---~~lf # Tsh 1. Il #3? :iSPONTPAR ENCORBEllEMENTPIlECONTRAlHTE INTERlEUREHAUTEUR VARIAB1.EPONTA PRECONTRAINTE EXTRADOSSEEPRECONTRAINTEEXTERIEURE+OEVIATeUR t*iHAUTEURCONSTANTETENSJON MAXIMALE ?DE5 .CABLESo,isfRPONTA HAUBANSHAU8ANS+M?T t* tHAUTEURCOHSTANTErENSION MAXINAlEoes HAU8ANS0.40 i 0.'5 fR20-21 Naar hoven toe afgehogen voorspankahels(pr?contrainte extradoss?e). Een nieuwkahelsysteem, waarmee wordt het gedacht een economischoptimum tehehhen tussen tnihrnggen envrij-uithouwbrnggen22 Mogelijke dwarsdoorsnede van een hrug metnitwendige voorspankahels hoven het hrngdekSTRUCTURES TRANSVERSALESnog steeds niet alle voorspankabels zo-nodig kunnen worden vervangen.De ontwerpers verkiezen thans devoor-spankabels indebetondoorsnede te ver-vangen door uitwendige kabels die naarboventoewordenafgebogen,doornlid-del van korte pylonen ofwanden bovenhet brugdek. In Frankrijk heeft men de-ze nieuwe kabelfamilie innliddels 'pr?-contrainte extradoss?e' gedoopt. Brug-gen van een dergelijk constructietypezouden het econonlische nlidden moe-ten zijn tussen de traditonele vriJ~-uitbouwbruggen en tuibruggenfjig. 20~22).Deze kabels zijn, anders dan tuikabels,nietbedoeldvoor hetopnemenvanver-ticale belastingen, maar dienen in deeerste plaats voor de horizontale voor-spanning van de ligger. Ook worden zein tegenstelling tOttuikabels nietonder-worpen aan vermoe?ngsbelasting, om-dat de spanningsvariatie ten gevolgevanvariabele belasting gering is. Dit bete-kent dat zekunnen worden aangespan-nentoteenwaarde dienietveel onderdetraditionelevoorspanning ligt. Vanwegede geringe excentriciteit ter plaatse vande pijlers (1/15 van de de overspanning),wordendevoorzieningenvoorhetjuistebeloop nietzwaar belastenzijn de pylo-nen ofwandenveel eenvoudiger te bou-wen dan de hoge pylonen van tuibrug-gen.Een belangrijk resultaat van deze voor-spansystemen is dat een constante lig-gerdoorsnede wordt verkregen, met deinherente uitvoeringsvoordelen daar-van.Het voorspansysteem wordt gecomple-menteerd dooruitwendige kabels onderhet dek, die worden aangebracht namontage van de betonelementen, ver-ankerd boven de pijlers en afgebogennaar het onderdek. Alle kabels zijn dlfSvervangbaar.Deze idee?nzijnvoor 'teerst uitgewerktdoor bureau SECOA in het ontwerpvoor de Pont de l:Arr?t Darr?, voorbouwbedrijf Quillery. De kabels wer-den in de as van de brugliggergeplaatst,~ :::1,";r:, ,~23 a-h Ontwerp voor de Pont de l'Arret-Darre (eendalhrng)r60.00'/'100.00'I'100.00'I'100.00'I'100.00 ,[r sz,ool T24 a-h Maquettefoto's van het ontwerp in figuur 23foto's:SECOA, ParijsCement 1988 nr. 2BRACONI.20,SO8.701.40PROFILE METALLIQUE/,Ir21I'-B_R_U_G_G_E_NB_._o_uw__------I-AL-G-EMEE--N~-O-NTWE--.__._RP I --------8o...PORTEE MAXIMALE: 106,5MPORTEES COURANTES:SO;' 6ZM18.00I'o,,;60r 11..0 i-I" 54.50 'I' eo.oo t SL 50 t