Een 'tweede leven brug' Omgekeerd ontwerpproces voor het meest circulaire resultaat 1 Impressie van de te realiseren brug op het Floriadeterrein in Almere, bron: Arc2 architecten Op het Floriadeterrein in Almere wordt een nieuwe brug geplaatst die gemaakt is van hergebruikte brugonderdelen. Bouwer Dura Vermeer nam het initiatief om onderdelen van een oud viaduct te oogsten en opnieuw in te zetten op deze wereldtuinbouwtentoonstelling die haar deuren in 2022 opent. 1 CEMENT 3 2021 ?61 De 'tweede leven brug' op de Flo- riade heeft zijn oorsprong bij het amoveren van het fiets- en voet- gangersviaduct Bolgerijsekade over de A27 nabij Vianen (foto 2). De brug werd maar weinig gebruikt en hij was niet meer in staat de aanrijbelasting op te nemen. De bovenbouw van de brug bestond uit zes modules (lengte 25 of 28 m met een breedte van ca. 3 m), die waren samenge- steld uit twee voorgespannen I-liggers en een daartussen gespannen betonnen dek - plaat (fig. 4). De modules waren eenvoudig te demonteren en alle constructieve bouw - informatie uit het verleden was beschikbaar. Dura Vermeer koos er destijds, in 2019, voor om de modules te 'oogsten' en in depot te plaatsen tot de mogelijkheid tot herinzet zich voordeed. Die kans ontstond al vrij snel binnen de ontwikkelopgave van de Floriade in Al - mere. Vanuit de gemeente Almere en pro- vincie Flevoland werd de Bruggencampus Flevoland-Floriade opgericht: een praktijk - omgeving voor de ontwikkeling en toepas- sing van innovatieve en circulaire bruggen binnen de Floriade, met als doel een duur- zame invulling van de grote vervangingsop- gave van bruggen. Het idee voor een circu - laire 'tweede leven brug' paste goed bij deze ambitie, waardoor de opdrachtgever er graag aan mee wilde werken. Het kwaliteits- team voor de Floriade (bestaande uit ste- denbouwkundigen en architecten) was en - thousiast over het ontwerp, waarmee nog meer draagvlak werd gecreëerd. Het betrof hier een fiets- en voetgangersbrug over het Weerwater (brug 5) die bijna volledig is samengesteld uit 'tweede leven materialen' (fig. 1 en 5). Verschil hergebruik en traditioneel ontwerp Een kenmerkend verschil tussen een traditi - oneel ontwerp en een circulair ontwerp is dat het ontwerpproces wordt omgedraaid. Traditioneel wordt per ontwerpstap (VO, DO, UO) een beslissing genomen en als het ontwerp zo goed als af is, volgt de inkoop. Voor een circulair brugontwerp is de inkoop leidend. Het ontwerp hangt af van het be- schikbare materiaal, de bijbehorende materiaalcertificaten en herleidbare wape- ningstekeningen/berekeningen. Het ont- werpproces van een constructie met ge- bruikte materialen duurt, in tegenstelling tot een meer kneedbaar ontwerp met nieu - we materialen, veel langer. Dit komt mede door het bedenken van oplossingen om het geheel passend te krijgen (wapening kan bijvoorbeeld niet meer worden bijgelegd). Maar ook door de noodzakelijke afstemming tussen ontwerp, opdrachtgever en opdracht- nemer over beschikbaarheid en geschikt- heid van de 'tweede leven materialen'. Een extra uitdaging in dit proces is de perceptie dat tweede leven, tweedehands is en dus IR. JEROEN MEIJDAM RC Lead engineer Dura Vermeer Infra Landelijke Projecten IR. ROLF LUKASSEN Adviseur civiele constructies LukassenBrokking ING. ERIK VAN DOORN Bedrijfsleider Dura Vermeer Infra Regio Noord West auteurs 2 Situatie oude fiets- en voetgangersviaduct Bolgerijsekade 2 62? CEMENT 3 2021 3 Ligger uit oude fiets- en voetgangersviaduct Bolgerijsekade 4 Dwarsdoorsnede dek fiets- en voetgangersbrug Bolgerijsekade 5 Constructieve 3D-model te realiseren 'tweede leven brug' PROJECTGEGEVENS project Circulaire voetgangersbrug Floriade Ontwikkelaar Ontwikkelcombinatie Amvest-Dura Vermeer Esthetische visie Arc2 architecten Aannemer en levering betonnen I-liggers Dura Vermeer Levering houten dekdelen, balken en balustrade Meerdink bruggen Stalen steunpunten en dwarsdrager Anton Constructiewerken Constructief advies LukassenBrokking 3 4 5 CEMENT 3 2021 ?63 goedkoop is. Maar de be- en verwerking van het geoogste materiaal is juist vaak arbeids- intensief, waardoor het niet goedkoper is dan nieuwe materialen. Ontwerp In hoofdlijnen bestaat het ontwerp voor de 'tweede leven brug' uit prefab-betonnen hoofdliggers, stalen dwarsdragers tussen deze liggers en daaroverheen een dekcon - structie van hout (dekliggers en dekplan - ken), en een houten leuning (fig. 6 en 7). De betonnen liggers zijn via oplegblokken (met stalen schoen, fig. 8) opgelegd op een stalen onderslagbalk die rust op stalen buispalen. Ten behoeve van horizontale stabiliteit be- vindt zich een stalen windverband tussen de dwarsdragers. De betonnen hoofdliggers komen zoals ge - zegd uit een oude voetgangersbrug over de A27. De stalen dwarsdragers komen uit een oude gevelsteunconstructie. De houten dek- liggers en dekplanken worden gezaagd uit hout met een tweede leven (hardhouten spoorbielzen en damwanden). Voor het staal - werk in de onderbouw zijn tweedehands buizen ingekocht (open buispalen). Voor het staalwerk op de buizen is gekozen voor nieuw staal in verband met de benodigde plaatgrootte en de hoeveelheid laswerk die het aan elkaar lassen van profielen zou zijn. De leuning is gezaagd uit oude spoorbielzen. De maten van de beschikbare 'tweede leven elementen' waren bepalend voor het ontwerp. Zo zijn de overspanningen be- paald door de lengte van de betonnen liggers 6 Herkomst hergebruikte materialen 7 Dwarsdoorsnede 'tweede leven brug' Een kenmerkend verschil tussen een traditioneel ontwerp en een circulair ontwerp is dat het ontwerp- proces wordt omgedraaid 6 7 Stalen dwarsliggers uit een oude gevelsteunconstructie Staalwerk onderbouw, open buispalen, (2e hands buizen) Houten dekliggers en dekplanken gezaagd uit hout met 2e levensduur (hardhout) Houten dekliggers en dekplanken gezaagd uit hout met 2e levens- duur (hardhout) Een leuning van oude spoorbielzen Een leuning van oude spoorbielzen Stalen kopplaat, S355 Nieuw staalwerk op de buispalen Betonnen hoofdliggers uit een oude voetgangersbrug over de A27 Betonnen hoofdliggers uit een oude voetgangersbrug over de A27 Stalen dwarsliggers uit een oude gevelsteunconstructie Betonnen hoofdliggers uit een oude voetgangersbrug over de A27 Schetsplaat t = 10 mm HEB240 64? CEMENT 3 2021 8 Stalen dwarsdrager t.p.v. tussensteunpunt 9 'Verende' verbindingen stalen dwarsdrager en betonnen liggers 8 en de breedte van het dek is mede bepaald door de draagkracht van de liggers. In het ontwerp is gekozen voor twee velden van circa 28 m en één veld van 25 m (fig. 5). De breedte van het brugdek tussen de liggers is dus mede door de eis van scheurvorming en gelijkwaardige belasting (capaciteit van de liggers) vastgesteld op circa 4,5 m. De randvoorwaarden worden niet alleen gevormd door de opneembare krach - ten in de verschillende onderdelen maar ook door de geometrie (passing). De vorm van de betonnen liggers is ingepast tussen de steunpunten. De liggers waren (boven de A27) deels onderdeel van een hellingbaan waardoor een deel van de liggers afge- schuinde koppen hebben. De stalen dwarsdragers zijn bevestigd aan het (dunne) lijf van de betonnen liggers (I-profiel). Deze verbinding is verend ontwor - pen om het moment dat in het lijf van de be - tonnen liggers ontstaat, tot een minimum te beperken. De hoogte en dus de hefboomsarm van de verbinding worden beperkt. Vanwege de beperkte dikte van het lijf was het ook van belang om de ponskrachten in het lijf laag te houden. Dit leidde juist tot een grotere beno - digde hefboomsarm. Uiteindelijk is er geko - zen voor een verende oplossing waar beste van beiden is gecombineerd (fig. 9). Hergebruik betonnen liggers Voor de 'tweede leven brug' waren vooraf twee typen liggers beschikbaar van twee verschillende bruggen: 1?Voetgangersbrug Panamapad over de Amerikaweg te Zoetermeer Tekeningen beschikbaar, maar geen wape- ningstekeningen en voorspantekening van de liggers. En ook geen berekening van de liggers bekend. Dus sterkte onbekend. 2?Voetgangersbrug Bolgarijnsekade te Lexmond over de A27 Berekeningen beschikbaar, wapening en voorspanning bekend, en daarmee is de sterkte van het viaduct te verifiëren. Ook herberekening beschikbaar en inspectie- rapporten. Kosten en mogelijkheden voor een onderzoek speelden een belangrijke rol bij de keuze voor de liggers. Voor de liggers van voetgangersbrug Panamapad (1) moest de voorspanning en wapening worden bloot- gehakt; een onderzoek met wapeningsradar alleen was niet voldoende. De kosten hier- voor zouden erg hoog oplopen. Daarom is de keuze gevallen op de liggers van de Bolga - rijnsekade (2). De hergebruikte liggers zijn onder- zocht op chloride-indringing en de zuurte- graad van het beton werd gemeten om car- bonatatie vast te stellen. Op basis daarvan werd een inschatting van de levensduur ge- maakt. Er bleek nauwelijks carbonatatie meetbaar en zelfs helemaal geen indringing van chloriden. De dekking op wapening was voldoende dicht en in de toekomst is geen verdere carbonatatie te verwachten doordat in de loop van de tijd de betonhuid steeds dichter is geworden. Door doorgaande hy - dratatie is aantasting door dooizouten ook niet meer te verwachten. Constructieve beoordeling betonnen liggers Het gewicht van het houten brugdek is aan - merkelijk lager dan het oorspronkelijke 9 CEMENT 3 2021 ?65 brugdek van beton. Wel is de brug breder dan de geamoveerde variant. Als gevolg hiervan blijft de belasting op de hergebruik - te prefab liggers min of meer gelijk. De liggers zijn gecontroleerd aan de hand van de Eurocode. Er is geen gebruik- gemaakt van de NEN 8700-serie voor be- staande bouw. Deze serie is immers alleen bedoeld voor bestaande constructies die moeten worden herbeoordeeld op veiligheid of bestaande constructies die worden ver- bouwd. Gelukkig kon uit de controlebereke- ning worden geconcludeerd dat de liggers grotendeels voldoen aan de Eurocode: controle scheurvorming: voldoet; controle bezwijkmoment: voldoet; controle dwarskracht: voldoet; controle torsie: voldoet (met de juiste ver- binding). Op één punt voldeed het ontwerp niet, te weten de trekbandwapening bij het ligger- einde. Zonder versterking op dit punt kan schade ontstaan (afboeren). Door toepassing van een stalen schoen onder de liggers is het gebrek aan trekbandwapening ondervangen (fig. 10). De schoen is opgebouwd uit tranen - plaat en wordt met behulp van een epoxy - pasta op het opgeruwde liggereinde beves- tigd. De verbinding tussen stalen schoen en beton staat altijd onder druk en 'haakt' dus altijd goed in elkaar. Tevens is de stalen schoen een mooi bevestigingspunt om het te licht belaste oplegblok (schuiven) te fixeren. Aandachtspunt was de krachtsinleiding van de dwarsdragers in het 'dunne' betonnen liggerlijf. Deze zorgt voor lokale buiging en eventueel pons (zie onder het kopje 'Ont- werp'). Ook is globale torsie/dwarskracht en lokale buiging/pons gesuperponeerd en is er getoetst op scheurvorming. Hergebruik stalen dwarsliggers In het VO werd uitgegaan van buisprofielen voor de stalen dwarsliggers. Van deze profie- len was echter geen betrouwbaar materiaal - certificaat beschikbaar. Er is tijdens het op- stellen van het DO gekozen voor bestaande HEB240-profielen, waarvoor wel een certifi -caat beschikbaar was en waarbij de materi - aalkwaliteit dus goed was te herleiden was. De keuze voor dit profiel gaf ook meer ruimte in de unitychecks van de betonnen liggers op lokaal niveau (beugels) vanwege de grotere buigstijfheid van dit profiel ten opzichte van het eerder gekozen buisprofiel en dus het terugbrengen van het moment op het lijf van de betonnen liggers Door middel van corrosietoeslag wordt de levensduur voor de stalen dwars- liggers gehaald. Voor het bepalen van de corrosie is gebruikgemaakt van tabel C4 uit de ISO 9224. Hergebruik stalen buizen Voor de stalen buizen voor de onderbouw (Ø914x16) is een materiaalproef uitgevoerd. Door middel van corrosietoeslag wordt de levensduur voor de stalen buizen gehaald. Voor het bepalen van de corrosie is gebruik - gemaakt van tabel C4 uit ISO 9224. Deze geeft waarden voor de afroesting van constructie- staal in een omgeving met dooizouten. De aangehouden waarde voor de afroesting is vastgesteld op 1,1 mm per zijde. Voor het staalwerk op de stalen buizen is wel gekozen voor een nieuw staal. Het op- bouwen van deze steunpunten uit beschik - bare profielen is wel overwogen, maar het lassen zou te intensief worden en leiden tot te veel energieverspilling. Hergebruik houten dekliggers en dekplanken De dekliggers en dekplanken van de 'tweede leven brug' zijn opgebouwd uit hergebruikt hardhout. Dit gebeurt door het op maat zagen en schaven van oude spoorbielzen en dam - wanden. De combinatie tussen de betonnen liggers en een licht (houten) dek zorgt voor een lage oplegdruk op de blokken. De afme- tingen van de blokken zijn 250 bij 300 mm en hebben een dikte van ca. 85 mm. Het voor- komen van schuiven/glijden is echter wel noodzakelijk. Dit is veiliggesteld door een epoxy scheguitvulling welke is ingelegd in een metalen lijst, waarmee ook aan het blok vast een gevulcaniseerde stalen plaat is ge- fixeerd. Dit principe is tevens aan de onder- zijde toegepast, echter met een epoxy uitvul - ling om de toleranties te kunnen opvangen. De maten van de beschikbare elementen waren bepalend voor het ontwerp REGELGEVING Voor hergebruik van bestaande liggers is de NEN-8700-serie niet van toepassing maar moet de Eurocode worden toegepast. Meer regelgeving over herge- bruik is echter wel gewenst. Van bestaande materialen is in sommige gevallen de sterkte immers beter bekend dan in gevallen van nieuwbouw. Zo is het mogelijk om de carbonata- tie van een bestaande prefab- betonligger te meten en dat kan niet van een nieuw te bouwen ligger. Andere aspecten van herge- bruikt materiaal zijn vaak juist minder bekend dan bij nieuw- bouw. Zo is bij veel hergebruikte liggers geen informatie over de toegepaste wapening en voor- spanning. En daarmee is het vaststellen van de sterkte van een ligger niet mogelijk zonder een uitgebreid onderzoek. Om een voorschrift op te stel- len over hoe om te gaan met hergebruik is een Stufib-studie- cel in het leven geroepen om praktijkvoorbeelden te onder- zoeken, genaamd 'Versterking bestaande betonconstructies'. 66? CEMENT 3 2021 Leermomenten Het project heeft tot nu toe een aantal leer- momenten opgeleverd: Het proces van ontwerp en inkoop is bij 'tweede leven projecten' omgedraaid: eerst geschikt materiaal vinden en vastleggen, dan pas ontwerpen. Hier is een intensieve samenwerking nodig tussen opdrachtgever, opdrachtnemer en ontwerp. Intensieve samenwerking met uitvoering van VO t/m UO-fase is belangrijk. Blijf de totale krachtswerking in beschou - wing nemen bij toepassing van een ander onderdeel (interactie). Betonnen onderdelen moeten in redelijke conditie zijn: geen corrosieschade of hoog -stens lokaal. Dit wijst op een dichte dek - kingszone, wat betekent dat de onderdelen nogmaals 50 jaar mee kunnen, na inmeting van chloride- en carbonatie-indringing. Pas liever geen materialen toe zonder certificaten. Eventuele ontwerpdocumenten van de te hergebruiken onderdelen vergroten de aan - toonbaarheid van de geschiktheid van dit onderdeel. De 'tweede leven brug' is te bekijken tijdens de Floriade. De wereldtuinbouwtentoonstel - ling wordt vanaf 14 april t/m 9 oktober 2022 gehouden in Almere. Uit de controle- berekening bleek dat de liggers grotendeels voldoen aan de Eurocode 10 Oplossing met stalen schoen 10 CEMENT 3 2021 ?67