De uitdagingen van een integraal constructie6 201638De uitdagingenvan een integraalconstructie1Zes integraal kunstwerken in de N421 tussen Houten en de A12Voor een verbeterde ontsluiting vanuit Houten is tussen de Rondweg Houten en de A12 deN421 gerealiseerd. In het werk zitten zeven kunstwerken, waarvan er zes zijn uitgevoerd alsintegraal constructie. Integraal kunstwerken kennen een aantal grote voordelen maar zijn insommige opzichten complex, zeker als het gaat om schuine kruisingshoeken.De uitdagingen van een integraal constructie 6 2016 39De zes integraalconstructies in de N421 betreffen twee onder-doorgangen, twee bruggen en twee viaducten. Ze hebbenallemaal relatief beperkte overspanningen van maximaal 15 m.Dat maakt deze kunstwerken uiterst geschikt om als integraal-constructie uit te voeren. Bij een integraal kunstwerk is hetbrugdek met het landhoofd ge?ntegreerd en zijn er dus geenvoegovergangen en oplegblokken aanwezig. De laatste jaren isde toepassing van integraal constructies in de infrastructuurenorm toegenomen. Reden is vaak dat voegconstructies enoplegblokken en het bijbehorende onderhoud achterwegekunnen blijven. Door het ontbreken van de oplegblokken kanbovendien het landhoofd smaller worden uitgevoerd.Daarnaast kan, vanwege de inklemming in het landhoofd, hetdek slanker worden uitgevoerd dan bij een traditioneelopgelegd dek. Het slanker construeren van het landhoofdresulteert uiteindelijk in een kortere overspanning.Het toepassen van integraalconstructies is met name geschiktbij het gebruik van volstortliggers en niet te grote overspan-ningen. In dat geval kan relatief eenvoudig de zware wapeningten behoeve van de verbinding landhoofd - dek wordenopgenomen. Bij grotere overspanningen dienen andereliggertypes toegepast te worden waarbij het opnemen van dewapening moeilijk is. Bovendien zal bij grotereoverspanningen de wapening ten behoeve van de verbindinglandhoofd en dek te zwaar worden.Overzicht kunstwerkenDe zes integraal kunstwerken betreffen (van zuid naar noord)KW1 t/m KW6 (fig. 5). KW1 betreft de onderdoorgang van hetfietspad langs de Rondweg Houten, die de N421 onderlangskruist. Het dek bestaat uit een enkele overspanning met eenlengte van 10,5 m en een kruisingshoek van 90?. Het dek isge?ntegreerd in de wanden van de onderdoorgang.KW2 en KW4 zijn twee bruggen met een enkele overspan-ning van 15 m respectievelijk 10,5 m. Beide kunstwerkenkruisen de Rietsloot onder een scherpe hoek van respectieve-lijk 41? en 68?.KW3 betreft de kruising van de N421 met de streekweg Achter-dijk en de naastgelegen fietspaden, die hier onder de nieuweweg doorlopen (foto 1). Deze onderdoorgang bestaat uit drievelden met een overspanning van respectievelijk 5,8 m, 12,1 mir. Rik Cederhout, ing. Nick Elbers, ir. Bart VersteegRoyal HaskoningDHVir. Ren? HoudijkDura Vermeer1 Kruising van de N421 met de streekweg`Achterdijk'en de naastgelegen fietspaden2 DO ontwerp KW 33 DO ontwerp KW 24 Dwarsdoorsnede KW3rijstrook rijstrookfietspadfietspadfoliefolie5779 6006 6006 57791178411785235691 2 3 4A5Achterdijk234De uitdagingen van een integraal constructie6 201640en 5,8 m. De dekken hebben een kruisingshoek van 45? en zijnintegraal verbonden met de tussensteunpunten en de langs-wanden.KW5 en KW6 (foto 6) zijn twee identiek naast elkaar gelegenintegraal viaducten over de onderdoorgaande Parallelweg, vlakvoor de aansluiting met de A12 (KW8). Deze viaducten hebbenbeide twee velden van 14 m en een kruisingshoek van 85?. Omde paalkopmomenten te beperken, zijn de landhoofden uitge-voerd als 3,5 m hoge wanden. De wanden zijn gefundeerd opeen enkele palenrij.Deze kunstwerken, KW1 t.m. KW6, zijn uitgevoerd metvolstortliggers. Daarbij wordt met prefab-betonliggers eenmassief brugdek samengesteld. Na het plaatsen van de liggerswordt tussen en op de liggers een druklaag aangebracht (fig. 7).In dit geval zijn de liggers integraal verbonden met de land-hoofden. De landhoofden hebben een breedte vari?rend van750 mm tot 950 mm en zijn gefundeerd op een enkele rijfunderingspalen. De onderdoorgangen (KW1 en KW3) zijngefundeerd op staal.UitdagingenDe constructieve uitwerking kende voor alle kunstwerken minof meer identieke uitdagingen. Het ging hier vooral om descheve kruisingshoek tussen de overgaande en onderdoor-gaande (water)wegen in combinatie met het integrale karaktervan de kunstwerken. Ook de interactie tussen de liggers en dekunstwerk 1kunstwerk 2kunstwerk 3kunstwerk 4kunstwerk 5 en 6kunstwerk 85De uitdagingen van een integraal constructie 6 2016 415 Ligging zes kunstwerken6 Kunstwerk 5 en 6Daarnaast worden alle overlappingslassen op dezelfde afstandaangebracht; verspringend lassen is door de beperkte beschik-bare ruimte niet mogelijk. Hierdoor moet er met een extratoeslag op de overlappingslengte worden gerekend (factor 6uit artikel 8.7.3 uit Eurocode 2), boven op de toeslag in verbandmet de overlapping ter plaatse van de bovenstaven. Door decombinatie van hoge belastingen en een beperkte beschikbareoverlappingslengte is de inpassing van de wapening ter plaatsevan de aansluiting van landhoofdbalk en dek erg complex.De volgende uitdaging is de tussenruimte tussen de wapenings-staven bij de overgang tussen dek en het landhoofd ter plaatsevan de overlappingslassen. Doordat alle overlappingslassen opdezelfde afstand zijn geplaatst en er wapeningsstaven met grotediameter (?25 / ?32) zijn toegepast, blijft er weinig ruimteover om het beton te verdichten (fig. 8). Dit punt is als specifiekaandachtspunt meegegeven met de uitvoering, waardoor eenaangepaste betonsamenstelling is toegepast.Wapeningsrichting in het dekDe wapening in de druklaag wordt bij voorkeur evenwijdig aande brugassen uitgevoerd: in de langsrichting evenwijdig aan deovergaande wegas, in de dwarsrichting evenwijdig aan deonderdoorgaande wegas. Op deze manier kunnen de stavenover de volledige breedte en lengte worden toegepast, waardoorstaven met een variabele lengte worden beperkt. Bij eenwapening bij de aansluiting met de landhoofden leidde tot denodige hoofdbrekens.KruisingshoekIn een aantal situaties kruist de N421 de onderliggende infra-structuur onder een bijzonder scherpe hoek tot wel 41?. Ditzorgt voor zowel een stompe als een scherpe hoek bij de uitein-den van het dek. Door de combinatie van de relatief kortedekken met een scherpe kruisingshoek trekt de stompe hoekveel krachten naar zich toe, waardoor met name het momentter plaatse van de aansluiting van het dek op het landhoofdhoog is. Bij de scherpe hoek wordt juist een grote trekkrachtgevonden door verhinderde vervormingen, door temperatuur-wisselingen en krimp/kruip van het dek.Hoge wapeningsconcentratiesDoor de grote snedekrachten ter plaatse van de stompe enscherpe hoek is er lokaal veel wapening benodigd om de belas-tingen vanuit het dek af te kunnen dragen naar de landhoof-den. Bij deze aansluitingen is echter beperkte ruimte aanwezig.De onderbouw van de landhoofden is als eerste gestort, inclu-sief de stekken uit de landhoofden om de belasting vanuit hetdek over te dragen. De lengte van deze stekken is beperkt doorde plaatsing van de prefab liggers. De ruimte boven de opleg-ging moet vrij worden gehouden voor het inhijsen van deliggers. Gevolg is dat er een beperkte overlappingslengteontstaat tussen de stekken en de wapening uit het dek (fig. 8).druklaagwapening dient de zeeg vande liggers te volgentoegepaste dekking min. 65 mm139 0 25 ? 1062 0 32 ? 3004 0 25 ? 1502 0 12 ? 1003 0 16 ? 150116 0 16 ? 1502 0 12 ? 1003 0 12 ? 1002167 0 20 ? 106 var7 0 252 0 16 ? 30081225417513251392806787 Brugdek opgebouwd uit volstortliggers8 Verbinding dek ? landhoofdDe uitdagingen van een integraal constructie6 2016423004007?32 - B3?32 - B200?20-106?20-100-R415990?25-106-A?32-100?25-75flankwap.6?20700CEMENT .... Artikel .... - figuur ..... (9-LR)9 Wapeningsschets stompe hoek KW310 Wapeningsconfiguratie scherpe hoek KW3 (doorsnede frontwand en vleugel),dek sluit aan op onderzijde afbeelding)11 Wapeningsconfiguratie stompe hoek KW3 (doorsnede frontwand en vleugel).Dek sluit aan op onderzijde afbeelding)schuine kruisingshoek strookt deze configuratie echter meestalniet met de beugelwapening van de volstortliggers. De beugelsstaan namelijk loodrecht op de as van de liggers ofwel op de asvan de overgaande weg. De dwarswapening kan hiermee niettussen de beugels worden gelegd.Een oplossing zou zijn de beugelwapening evenwijdig aan delandhoofden te plaatsen. Dit bleek echter productietechnischniet haalbaar (standaardkorven). Daardoor moest de dwarswa-pening in het dek loodrecht op de volstortliggers en dus nietevenwijdig aan de onderdoorgaande wegas worden geplaatst.Deze detaillering bleek grote gevolgen te hebben voor de wape-ningsconfiguratie. Gevolg was dat de dwarsstaven allemaal eenvariabele lengte kregen. Ook moest een deel van deze stavenworden verankerd bij de aansluiting tussen landhoofdbalk enhet dek, juist waar al een hoge wapeningsconfiguratie aanwezigwas (fig. 9).Voorbeeld KW3De langs- en dwarswapening in het dek is aangebracht met eengelijke tussenafstand van 106 mm. Evenwijdig aan het land-hoofd bedraagt deze afstand 150 mm, vanwege de kruisings-hoek van 45?. Met deze afstand moest worden gerekend bij hetplaatsen van de stekken uit het landhoofd. Doordat ook dedwarswapening hier h.o.h. 150 mm moest worden verankerd,werd de tussenruimte 75 mm. Binnen deze tussenruimtemoesten ook de overlappingslassen met de stekken uit de land-hoofdbalk worden gemaakt, waardoor een aangepast beton-mengsel moest worden toegepast.Uitvulling in beton (aan te houden zeeg, uitzetten buiten)De druklaag op de volstortliggers kan worden aangepast naarhet wegalignement, het zogenoemde uitvullen van de zeeg.Groot voordeel hiervan is dat men geen uitvulling in verschil-lende lagen asfalt op het dek hoeft uit te voeren. Daarbij is hetwel de vraag welke hoogte moet worden aangehouden. Derustende belasting is namelijk nog niet aanwezig op hetmoment van storten van de druklaag. Indien de uitvulling inbeton wordt uitgevoerd moet er daarom rekening wordengehouden met doorbuiging ten gevolge van de rustende belas-tingen.Bij beperkte overspanningen, zoals in dit project het geval is,valt deze afwijking binnen de uitvoeringstolerantie. Bij grotereoverspanningen zouden de uitzetwaarden echter wel degelijkmoeten worden aangepast om zodoende in rustende toestandhet juiste alignement te krijgen. Kleine afwijkingen kunnennatuurlijk altijd nog worden opgevangen in het asfalt.Dekking wapening (toepassing krimpnet)Bij voorkeur wordt de langswapening in de druklaag boven opof juist door de beugels van de volstortliggers geplaatst. Debeugels uitvoeren in een verlopende hoogte, rekening houdend933 0 12 ? 10033 0 12 ? 10012 0 20 ? 15012 0 16 ? 150+6 0 16 ? 30012 0 16 ? 150 var+6 0 16 ? 300 var12 0 16 ? 150 var+6 0 16 ? 300 var17 0 16 ? 150 var4 0 16 ? 150+9 0 16 ? 150 var69 0 20 ? 3002026 0 25 ? 75 var17 0 25 ? 150 var8 0 32 ? 300 var138 0 20 ? 15036393232368397207111182817321112362322202239111039 0 12 ? 10039 0 12 ? 10012 0 16 ? 150+6 0 16 ? 3004 0 16 ? 15012 0 20 ? 15012 0 16 ? 150 var+6 0 16 ? 300 var12 0 16 ? 150 var+6 0 16 ? 300 var244 0 20 ? 75 var17 0 25 ? 150 var8 0 32 ? 300 var138 0 20 ? 15017 0 16 ? 150 var+9 0 16 ? 300 var69 0 20 ? 30024152133236202261111112239325 63920362036323956De uitdagingen van een integraal constructie 6 2016 4312 Toepassingsgebied krimpnet (overdreven toog getekend)13 Voorbeeld oplegging volstortliggers op tussensteunpuntmet de zeeg, is vanuit het werken met eenduidige prefabbeugels niet wenselijk. Gevolg is echter dat door de zeeg in deligger en de constante hoogte van bovenkant dek, de dekkingop de bovenwapening toeneemt naar het landhoofd toe(fig. 12). In veel gevallen is de ruimte tussen de beugels van devolstortliggers en het stortvlak te gering om wapening in doorte voeren (fig. 13).Voor dit project moest een minimale dekking van 65 mmworden aangehouden in verband met de duurzaamheid. Bij eendekking van meer dan 70 mm moet, conform de detaillerings-regels uit de Eurocode, krimpwapening worden toegepast(conform bijlage J van de NEN-EN 1992-1-1). Indien een zeegvan bijvoorbeeld 15 - 20 mm moet worden uitgevuld, moet dusgebruik worden gemaakt van een krimpnet. De lengte van ditkrimpnet is in dit geval echter zeer beperkt, omdat de aanwe-zige dekking al gauw kleiner is dan 70 mm (fig. 12). Daarnaastconflicteert de krimpwapening qua plek al snel met deconstructief benodigde wapening.Koppeling van het dek aan het tussensteunpuntHet integraal verbinden van het dek met een tussensteunpuntis in zijn algemeenheid niet wenselijk. De krachten in hettussensteunpunt worden daardoor relatief groot en zijn moei-lijk op te nemen. Een goede oplossing is het doorkoppelen vanhet dek over het steunpunt en alleen een koppeling te makentussen dek en tussensteunpunt voor het opnemen van horizon-tale belastingen zoals wind en aanrijdbelastingen. Hiertoe zijnRVS-deuvels aangebracht die enkel horizontale belastingopnemen. Hierdoor blijven de langsmomenten in het dek enworden deze niet naar het tussensteunpunt afgedragen.Conclusies en aanbevelingenIn veel gevallen wordt de toepassing van integraalconstructiesgezien als optimalisatie, aangezien er wordt bespaard op voeg-constructies en oplegblokken en daarnaast een slanker dek kanworden toegepast. De krachtswerking vergt bij dit type kunst-werken extra aandacht. Om de krachten op een goede manieraf te kunnen dragen naar de landhoofden, moet lokaal veelwapening worden toegepast. Uiteindelijk zal bij een integraalkunstwerk door de smallere landhoofden een kleinere of verge-lijkbare wapeningshoeveelheid worden gevonden ten opzichtevan een kunstwerk op oplegblokken. De volstortliggers wordenechter veelal statisch bepaald doorgerekend door de prefab-leverancier, waardoor een optimalisatie van de dikte van hetdek vaak niet wordt uitgenut.Om horizontale krachten en momenten op de funderingspalente beperken, moeten de landhoofdbalken vaak over eenbehoorlijke diepte in de grond worden aangebracht, om op diemanier voldoende tegendruk te genereren en de krachten uithet dek te kunnen spreiden.Wordt echter gekeken naar de totale levenscyclus van hetkunstwerk dan is de extra investering voor de integraalconstructie een goede manier om onderhoud en daarmeesamenhangende kosten aan de voegconstructies en oplegblok-ken te beperken. PROJECTGEGEVENSproject Kunstwerken N421opdrachtgever Provincie Utrechtconstructeur Royal HaskoningDHVaannemer Dura VermeerhydrofobeerflaagRVS deuvels (glad staal)liggers ondergieten v??rstrorten druklaagkolom 0 900225 200 300 200 2251150900min.102huidwapeningdekking 65 mmbovenwapening druklaagminimale dekking 65 mm0 10 ? 100zeeg, max 30 m2cf D.O.Mxneg(steunpuntsmoment)Mxpos(geen steunpuntsmoment)1213