themaBoogbrug in uhsb4201062Boogbrug in uhsbDe Technische Universiteit van het Oostenrijkse Graz is betrokken bij twee pilotprojecten op het gebied vanultra-hogesterktebeton (uhsb). In uitvoering is een 157 m lang viaduct naar een particulier bedrijventerreinen recent is een onderzoek afgerond naar een modulair systeem voor tijdelijke bruggen voor de Oosten-rijkse spoorwegen. Beide projecten laten zien dat deze nieuwe betonsoort re?le kansen op verdere toepas-singen heeft. In dit artikel wordt de WILD-br?cke beschreven, het artikel over het modulaire systeem staatop www.cementonline.nl.Oostenrijkers experimenteren met ultra-hogesterktebeton (1)Boogbrug in uhsb 6342010keuze, en onderzochten ook alternatieve oplossingen. Desal-niettemin bleek een variant in uhsb, waarbij de boog in tweehelften zou worden voorgebouwd en daarna ingelaten, hetgoedkoopst.Algemeen ontwerpHet WILD-viaduct bestaat uit twee rechte aanbruggen metdaartussen een boogviaduct als hoofdoverspanning (fig. 2). Hetviaduct wordt gevormd door twee identieke draagconstructies,die alleen ter plaatse van het dek en de fundering zijn gekop-peld. Oorspronkelijk waren de kolommen ontworpen in prefabbeton volgens het slingerproced?. Op voorstel van de aannemeris dit omgewerkt naar gietbouw.De veelhoekig gesegmenteerde bogen bestaan uit prefab uhsb-kokerprofielen (C165/185, vierkant 1,2 m, wanddikte 60 mm)(fig. 3). Het 600 mm dikke dek is ontworpen in C40/50 en dekolommen ?600 mm bestaan uit C70/80. Aangezien de optre-dende dwarskracht in de bogen zeer laag is, bevatten de dunne11 De booghelften werden in positie gekantelden aan de top van de boog met elkaar ver-bonden2 Visualisatie van de uiteindelijke situatieEen van de positieve eigenschappen van uhsb is de hoge druk-sterkte. Daarom is het logisch het materiaal allereerst uit teproberen in een constructietype dat grotendeels gebaseerd is ophet volledig uitnutten van die druksterkte: de boogconstructie.Het hightech-bedrijf WILD, gevestigd in V?lkermarkt (Karin-thi?), wilde graag een snelle en directe aansluiting op een nabij-gelegen autoweg [1]. Daartoe moest onder meer een diepe kloofworden overbrugd. De meest geschikte oplossing was een boog-brug die zonder hulpconstructies zou kunnen worden gebouwd.De directie van WILD had uit representatieve overwegingeneen sterke voorkeur voor een hightech-oplossing. Een uitvoe-ring in uhsb kwam hieraan tegemoet. De beide andereopdrachtgevers, de lokale overheden, stonden neutraal in hun7 september avondseminar UHSB bij TU DelftDinsdagavond 7 september 2010 organiseert hetCement&BetonCentrum in samenwerking met de vakgroepBetonconstructies van de TU Delft, faculteit CiTG een seminarover ultra-hogesterktebeton. Na een inleidende Tour d'Horizondoor professor Joost Walraven en een bijdrage van ThierryThibaux, tot voor kort technisch directeur bij Eiffage, over diverseontwikkelingen in Frankrijk, zullen Bernhard Freytag en MichaelReichel van de TU Graz een toelichting geven op het WILD-viaduct. Uiteraard komen daarbij de oorzaken voor de opgelo-pen vertraging, en in het verlengde daarvan de geleerde lessen,uitgebreid aan de orde. Ook gaan zij in op diverse onderzoeks-projecten die momenteel aan de TU Graz lopen.Bent u ge?nteresseerd in dit seminar en in het onderwerp ultra-hogesterktebeton, stuur dan een e-mail naar info@cementenbe-ton.nl en kijk regelmatig op www.cementenbeton.nl ofwww.cementonline.nl voor de nieuwste ontwikkelingen.2Boogbrug in uhsb42010643 Doorsnede boogsegmenten4 Voor de knie-elementen zijn non-lineaire enlineaire 3D eindige-elementenanalysesuitgevoerd5 Koppeling van de boogsegmenten6 Proefopstelling ware-groottetestprojecteisen geformuleerd. Volgens de huidige stand der tech-niek kon hieraan alleen met CNC-maltechniek worden voldaan.De aanbruggen zijn in het voorjaar van 2009 gebouwd. Omdatextra proefnemingen vereist waren, lag de productie van deboogsegmenten aanvankelijk ongeveer driekwart jaar stil. Hetmontageproces van de boog is uiteindelijk in april 2010 weeropgestart. Allereerst werden de verschillende boogsegmentenmet de externe voorspanning in verticale positie aan elkaargekoppeld. Hiervoor was een minimum aan materieel benodigd:een mobiele kraan voor het hijswerk en tijdelijke tuien voor hetfixeren van de boogvorm. De zeer lichte booghelften kondeneenvoudig in positie worden gekanteld en aan de top van deboog met elkaar worden verbonden (foto 5). Als koppeling voorhet kantelen fungeerde een simpele stalen bout ?80 mm. Demaximumkracht in de kantelkabel bedroeg ongeveer 2 x 450 kN,wat door 2 x 4 monostrengen kon worden opgenomen.Nadat de beide booghelften waren samengevoegd, werden deoverige voorspankabels aangebracht, die de voeg overlappen. Hetaanstorten van de koppelbout maakte de boog tot ??n stijf geheel.Om veiligheidsredenen was het niet toegestaan tijdens hetmontage- en kantelproces in de kokerprofielen van de boog-constructie te werken. Om de externe voorspanning toch tekunnen aanbrengen zijn van tevoren touwen in de kokerprofie-len aangebracht en complexe koppelsystemen ontwikkeld.Volgens het uitvoeringsprotocol werden de strengen aan de topvan de boog ingebracht en vervolgens naar de voet getrokken.De zeer slanke en dunwandige kokersegmenten zijn vrijweluitsluitend ontworpen op de definitieve fase. Dat maakte hetmonteren en kantelen extra lastig. Alleen ter plekke van de watmassievere knie-elementen was het mogelijk tijdelijke hijsap-paratuur aan te brengen. Ook voor opslag, transport en hand-ling op de bouwplaats was extra aandacht nodig. Met speciaalontwikkelde hijsapparatuur en een mobiele kraan met tweeonafhankelijke lieren kon eenvoudig en snel in alle richtingenworden gemanoeuvreerd. Op deze wijze kon de vereiste monta-genauwkeurigheid worden bereikt.OnderzoekDe beschikbare voorschriften en ontwerprichtlijnen voorzagenniet volledig in de toepassing van uhsb in relatie tot de hierbeschreven toepassing. Daarom zijn modellen op ware groottebeproefd. Nadruk bij de proeven lag op het gedrag onder belas-ting in het gedeelte bij de oplegging. Figuur 6 laat de proefop-stelling zien. Beproeving is uitgevoerd conform de specificatieslijven van de kokerprofielen geen dwarskrachtwapening.De boogsegmenten zijn aan elkaar gekoppeld door uitwendigevoorspanning (VZA), die zich binnen de kokers bevindt. Devoorspanning zorgt voor een verdere toename van de stijfheidvan de boog. Ter plaatse van de knikken zijn zogenoemde`knie-elementen' toegepast, die tegelijk dienen als deviator enals ankerblok voor de voorspanelementen. De kolommen zijnstar verbonden met zowel de knie-elementen als met het dek.Het ter plaatse gestorte dek, met standaard overspanningen van15 m, bevat alleen passieve wapening.Constructieve uitwerkingRekenregels voor de uhsb-elementen zijn ontleend aan [2]. Degaping van de segmentvoegen is geregeld door [3] en bedraagteen derde van de hoogte van de doorsnede. De dwarskrachtcapa-citeit in de standaard dwarsdoorsnede is gecontroleerd volgens[4]. Om blijvend aan de uitgangspunten van de voorgesteldeconstructiemethode te kunnen voldoen, moet de boog zeerduurzaam zijn. Daarom is drukverlies onder de karakteristiekebelastingcombinaties gespecificeerd als een ontwerpcriterium.Ook de knikgevoeligheid is onderzocht, zowel tijdens demontage als in de gebruiksfase. Belangrijk aandachtspunthierbij is de stijfheidsverandering als gevolg van gaping van desegmentvoegen. Hiervoor is een numeriek 3D-model opgezet.Dit model is gekalibreerd aan de hand van literatuur [5].Speciale aandacht is besteed aan de knie-elementen. Hiervoorzijn non-lineaire en lineaire 3D eindige-elementenanalysesuitgevoerd (fig. 4).UitvoeringDe maatnauwkeurigheid tijdens de productie van de kokerpro-fielen luisterde zeer nauw. Al te grote toleranties zoudenverstrekkende gevolgen kunnen hebben voor de uitvoering ende uiteindelijke boogvorm. Daarom zijn in het bestek strenge120UHPFRC165/1856 cm 10 cm1) Dit artikel is gebaseerd op een paper voor het fib-colloquium `Designing and Buil-ding with UHPFRC' in Marseille 2009, ingediend vanuit de TU Graz [1].3 4Boogbrug in uhsb 42010 65uit de gebruiksfase en tot aan het bezwijkstadium. De proefre-sultaten komen goed overeen met de EEM-voorspellingen.Bij beproeving onder gebruiksbelasting was er geen enkeleaanwijzing op falen van de constructie. Zelfs bij een overschrij-ding van 50% gaven de proefstukken nog geen krimp. Hetbezwijkstadium werd pas bereikt nadat de voorspanning waslosgekoppeld, met een afname van de druksterkte als gevolg.Het bezwijken werd aangekondigd doordat de segmentvoegenzich merkbaar openden, waarna de dwarskracht zijn destruc-tieve werk op het kokerprofiel kon verrichten.Verder onderzoek en aanbevelingenHet spanningsgedrag van uhsb is sterk afhankelijk van devezelori?ntatie en ?verdeling in de constructie. Daarom is hetvoor het bestek niet voldoende om de mechanische eigenschap-pen alleen te bepalen op basis van proefmonsters. Extra infor-matie over onder meer het ontworpen mengsel, de specifieketoepassing en de voorgenomen stortwijze moet beschikbaarzijn, v??rdat met het daadwerkelijke productieproces wordtbegonnen. De productie van een proefstuk ligt hierbij voor dehand. Met monsters uit dit proefstuk kunnen onder meer buig-proeven worden gedaan die informatie leveren over de werke-lijke sterktes in verschillende richtingen. Voor de nabijetoekomst is de ontwikkeling gewenst van testmethodes diegebruikmaken van non-destructieve testmethoden. Henk Wapperom1)OnlineLees ook het artikel over het modulair systeem voortijdelijke bruggen op www.cementonline.nl. Meerinformatie over de WILD-br?cke staat op www.wild.raum.at.testwand LITERATUUR1 Reichel, M., B. Freytag, L. Sparowitz & W. Zimmermann, Road bridgeWILD, UHPFRC for a segmental arch structure. fib-colloquium Design-ing and Building with UHPFRC: State of the Art and Development.Marseille, 17-18 november 2009.2 Sachstandsbericht Ultrahochfester Beton. Deutscher Ausschuss f?rStahlbeton (DafStb), Heft 561, Beuth Verlag, Berlin, 2007.3 Empfehlungen f?r Segmentfertigteilbr?cken mit externen Spannglie-dern. Bundesministerium f?r Verkehr, 1999.4 Richtlinie Stahlfaserbeton (23. Entwurf); Erg?nzung zur DIN 1045,teile 1-4. Deutscher Ausschuss f?r Stahlbeton (DafStb).5 Falkner, H., M. Teutsch en Z. Huan, Segmentbalken mit Vorspannungohne Verbund unter kombinierter Beanspruchung aus Torsion,Biegung und Querkraft. Deutscher Ausschuss f?r Stahlbeton (DafStb),Heft 472, Beuth Verlag, Berlin, 1997.65