Kunstwerken herberekend74 32011extra onlineKunstwerkenVoor het verbreden van autosnelwegen in het kader van het project ZSM IIzijn drie D&C-contracten opgesteld. Het betreft hier de A12 (Waterberg-Velperbroek), A28 (Hattemerbroek-Lankhorst) en A50 (Valburg-Grijsoord).In de meeste gevallen zijn die wegen uitgebreid van 2x2 naar 2x3 rijstrokenmet een vluchtstrook aan de buitenzijde. In dit artikel wordt vooral inge-gaan op de aanpak van de uitgevoerde rekenkundige beschouwingen, deresultaten van enkele in het oog springende kunstwerken en de verwerkingervan in de scopebepaling ten behoeve van het D&C-contract.Drie wegen tegelijk aangepakt in het kader van ZSM II-projectZSMZSM is een programma van Rijkswaterstaat dat opkorte termijn moet zorgen voor uitbreiding van decapaciteit van een aantal snelwegen. Dit aan dehand van de spoedweg wegverbreding. ZSM staatvoor: Zichtbaar, Slim, Meetbaar.Kunstwerken herberekend 753201111 Gezicht op NederRijnbrugmet hoofdoverspanningen aanbruggenDe betrokken kunstwerken zijn beoordeeld op inpassing enconstructieve veiligheid in de nieuwe situatie. Hiervoor zijnvoor diverse kunstwerken herberekeningen uitgevoerd om tekunnen bepalen of de constructieve veiligheid in de nieuwesituatie inderdaad nog wel gewaarborgd is. Op basis van deresultaten en bevindingen van deze herberekeningen is descope voor de aannemer in de D&C-contracten vastgesteld.Plan van aanpak bestaande kunstwerkenVoor de herberekeningen zijn de volgende stappen gevolgd:1 Verzamelen van de basisgegevens van de kunstwerken. Hetbetrof hier archiefonderzoek. Daar waar onvoldoende mate-riaalgegevens van een kunstwerk voor handen waren, ismateriaalonderzoek aan het kunstwerk uitgevoerd om dezegegevens beschikbaar te krijgen. Materiaalonderzoek is in ditkader het bepalen van de trek- en druksterkte van het beton,de locatie en de hoeveelheid aanwezige wapening.2 Het uitvoeren van visuele inspecties van de kunstwerken omeventuele schades aan de kunstwerken inzichtelijk te krijgen.3 Het uitvoeren van herberekeningen om de constructieve veilig-heid van de bestaande kunstwerken in de toekomstige situatie tetoetsen, al dan niet gevolgd door verfijnde herberekeningen en/of versterkingsberekeningen aan enkele kunstwerken. Het resul-taat is antwoord op de vraag of de kunstwerken gehandhaafdkunnen blijven met eventuele constructieve aanpassingen ofversterkingen. De resultaten uit deze berekeningen zijn gebruiktvoor de scopebepaling van de D&C-contracten.herberekendir. edwin schuilingARCADIS Nederland BVKunstwerken herberekend76 320112 Doorsnede viaduct Velperweg / IJssellaan met stijverandbalk aan uiteinden3 Zicht op ??n van de kunstwerken in KnooppuntVelperbroek, met springwerk en oplegging vanprefab liggers4 Principe van verbredenviaduct over Rozendaalseweg5 Zicht op viaduct overRozendaalseweg, met devier kokerprofielenEen Life Cycle Costs ? Analysis is uitgevoerd om te onderzoe-ken welke van de twee varianten het meest gunstig scoort.Hierbij is gekeken naar de constructieve veiligheid, uitvoering,risico's, doorlooptijd, bouwhinder en kosten. Een herbereke-ning van het bestaande dek voor laatstgenoemd alternatiefheeft aangetoond dat ? in de tijdelijke fase bij het verwijderenvan de stijve randbalk om een verbreding te kunnen aanbren-gen ? er beperkingen zijn bij het aanbrengen van de tijdelijkerijbanen. Indien de tijdelijke rijbanen te dicht tegen de randaan worden gezet, wordt de belasting te weinig gespreid entreden overschrijdingen in staalspanningen in de wapening inhet dek op (wat weer zou kunnen leiden tot het tijdelijk moetenversterken van het bestaande dek). Op basis van de vergelijkingvan bovengenoemde criteria is geconcludeerd dat het gunstigeris om het bestaande kunstwerk te slopen en te vervangen dooreen nieuw kunstwerk. In het D&C-contract is dit als zodanigdan ook opgenomen als een verplichting voor de aannemer.Welke kunstwerken?In totaal zijn voor ruim twintig kunstwerken herberekeningenuitgevoerd. Hierna volgt een korte beschrijving van de vijf meestin het oog springende kunstwerken. De eerste drie bevinden zichin de A12, de vierde in de A28 en de laatste in de A50.Velperweg / IJssellaanDe huidige viaducten in de A12 over de Velperweg en IJssel-laan bestaan elk uit een gewapende massieve betonnen plaatmet stijve randbalken en drie overspanningen (fig. 2).De bestaande dekken zijn niet breed genoeg voor een situatievan 2x3 rijstroken. Er moest een afweging worden gemaakt ofde kunstwerken moesten worden vervangen of verbreed. Devolgende varianten zijn beschouwd:? slopen van bestaande dekken inclusief kolommen en vervan-gen door nieuwe dekken en kolommen;? bestaand kunstwerk handhaven, verbreden en eventueelversterken.23Kunstwerken herberekend 7732011ting maakte het noodzakelijk een herberekening uit te voeren.Uit aanvullend materiaalonderzoek bleek dat er substantieelhogere betonsterkteklassen werden gevonden, met als gevolgdat dit kunstwerk na herberekening wel voldeed aan de eisenten aanzien van constructieve veiligheid.Brug over de IJssel (Katerveerbrug)De brug over de IJssel is gebouwd in de periode van 1967 tot1970. De brug heeft een centraal gelegen gedeelte met eenverlopende constructiehoogte (uitbouwdeel), gemaakt met devrije uitbouwmethode, en gedeeltes met een constanteconstructiehoogte aan weerszijden hiervan (aanbruggen). Hetkunstwerk bestaat uit twee aparte dekken van acht overspan-ningen. De hoofdoverspanning (uitbouwdeel) bedraagt circa150 m; de zijoverspanningen (aanbruggen) meten elk circa 80m (foto 6, fig. 7).In de nieuwe situatie worden de vluchtstroken aan de buitenzij-den van de rijrichtingen vervangen door rijstroken.Voor de brug zijn herberekeningen uitgevoerd. Nabij enkelesteunpunten van de aanbruggen bleek hierbij de dwarskrachtkritisch en is een eis gesteld aan de maximale asfaltdikte. De eisaan maximale asfaltdikte is opgenomen in het contract. Daarbijis wel gekeken of dit niet in tegenspraak is met de eisen die zijngesteld vanuit rijcomfort.Brug Heteren (Neder-Rijnbrug)De Neder-Rijnbrug is gebouwd in de periode van 1968 tot 1971en is opgebouwd als voorgespannen kokerbrug. Het kunstwerkbevat een uitbouwdeel alsmede aanbruggen. Het middendeelvan de brug meet circa 120 m. Het geheel is opgelegd op pijlers(foto 1).In de nieuwe situatie is het wegprofiel vergroot van 2x2 naar2x3 rijstroken. Hierbij zijn de aanwezige vluchtstroken vervan-gen door rijstroken. Hierdoor nemen de aanwezige belastingentoe, en in dat kader is een herberekening van de bestaande bruguitgevoerd.Uit de reguliere herberekening is gebleken dat de brug voldoetop constructieve veiligheid voor wat betreft de optredendesteunpunt- en veldmomenten in langsrichting. Echter, terKruising spoorlijn Arnhem-Zutphen / RozendaalsewegDeze twee kunstwerken bestaan uit ter plaatse gestorte, voorge-spannen eencellige kokerliggers met een verlopende constructie-hoogte (foto 5). De kokerliggers zijn in langsrichting voorge-spannen met doorgaande voorspankabels die zijn opgenomen inde wanden van de kokerliggers. In dwarsrichting is elk tweetal bijelkaar horende kokerliggers voorgespannen met spanstaven, diein de bovenplaat en dwarsdragers zijn gesitueerd.De breedte van de bestaande dekken is onvoldoende voor eensituatie van 2x3 rijstroken, en zal daarom moeten wordenverbreed (in tegenstelling tot de eerdergenoemde kunstwerkenbleek het verbreden van de bestaande kunstwerken in dit gevalgunstiger dan het compleet vervangen ervan). In de verbredingis voorzien door het bijplaatsen van een extra kokerligger metdezelfde afmetingen als de twee bestaande kokerliggers (fig. 4).Gezien de aanwezige dwarsvoorspanning in de bovensteflenzen van de kokers is de detaillering van de verbinding indwarsrichting nog wel een punt van aandacht.Er is een herberekening uitgevoerd van de bestaande construc-ties in de nieuwe, verbrede situatie. Naast de tekeningen van debestaande situatie is bij de herberekeningen gebruik gemaaktvan de uitkomsten van materiaalonderzoeken. Voor men namehet beton kon een aanzienlijk hogere betonsterkteklasseworden aangehouden dan wat uit de besteksdocumenten ineerste instantie volgde. Hiermee is met een verfijnde herbere-kening aangetoond dat de beide kunstwerken voldoen aan alletoetsen op buigend moment en dwarskracht.Twee kunstwerken ter plaatse van KnooppuntVelperbroekDe beide kunstwerken in Knooppunt Velperbroek zijn in feiteeen springwerk en bestaan voor een deel uit prefab liggers eneen ter plaatse gestorte, gewapende eindoplegging (foto 3). Deprefab liggers zijn op de eindopleggingen opgelegd met eentandconstructie.In de nieuwe situatie blijft het wegprofiel van de A12 onveran-derd (2x2 rijstroken met een vluchtstrook aan elke zijde), maarwordt de huidige laag asfalt vervangen door dubbellaagsZOAB, totaal 100 mm dik. De toename van de rustende belas-4 5Kunstwerken herberekend78 32011extra online67Kunstwerken herberekend 7932011?16-20018?16-2007?2014?16-200?12-200?16-200?12-200afstandhouders ?12-1000?12-200?12-200?16-20018?16-2007?20 7?2014?16-200afstandhouders ?12-1000?12-200?12-20042576675581?16-2007?20?16-200?16-200?25-200?25-200?16-200Deviatorcontructie (door opdrachtnemer te construeren) Deviatorcontructie (door opdrachtnemer te construeren)5406 Gezicht op Katerveerbrugmet hoofdoverspanningover de IJssel foto: A.J. Voskuil7 Dwarsdoorsnede Katerveerbrug met kokerprofielen8 VersterkingsontwerpNederRijnbrug metdwarskrachtreducerendemaatregelen? het wel of niet voldoen van een bestaand kunstwerk (of delendaarvan) qua inpassing en/of constructieve veiligheid isbepaald door de opdrachtgever en geldt als uitgangspunt bijhet contract;? voor aanpassingen aan de bestaande kunstwerken is deaannemende partij verantwoordelijk, waarbij de eisen aan deaanpassingen door de opdrachtgever zijn aangereikt.Tevens zijn de fasering en de verkeersmaatregelen door deaannemer verder uitgewerkt, op basis van de eisen zoals opge-nomen in het aanbestedingsdossier.Conclusies en aanbevelingenUit het bovenstaande kunnen de volgende conclusies en aanbe-velingen worden getrokken.Bij de start van de herberekeningen is het belangrijk dat alleinformatie (de `as built' situatie) ten aanzien van een kunstwerkbeschikbaar is: afmetingen, betonsterkte, ligging, hoeveelheiden kwaliteit voorspanstaal alsmede eventueel aanwezigeschades.Zelfs al zijn er voldoende materiaalgegevens beschikbaar, dankan het in enkele gevallen nog aantrekkelijk zijn om aanvullendmateriaalonderzoek uit te voeren. Door voortgaande sterkte-ontwikkeling van het beton kunnen na jaren aanzienlijk hogerebetonsterkten worden gevonden. Hierdoor kan een kunstwerkmogelijk wel voldoen, daar waar het aanvankelijk op basis vande beschikbare gegevens niet het geval leek. plaatse van de steunpunten bij de aanbruggen voldeed deconstructie niet aan de toets op dwarskracht. Ook met eenverfijnde herberekening en met het in rekening brengen van dewerkelijke betonsterkteklasse was het niet mogelijk aan de eisvoor dwarskracht te voldoen.Geconcludeerd is dat versterkingen van de constructie noodza-kelijk waren om, in de nieuwe situatie, gedurende de restlevens-duur de constructieve veiligheid te garanderen. Voor de verster-king is uitgegaan van toepassing van externe voorspanning in denabijheid van de steunpunten (fig. 8). Het versterkingsontwerp iszodanig uitgevoerd dat de externe voorspanning een dwars-krachtreducerend effect heeft. Ter plaatse van de maatgevendedoorsneden is met de voorspanning een omhoog gerichte krachtge?ntroduceerd alsmede een extra drukkracht in het beton. Devoorspankabels zijn ter plaatse van de dwarsdragers bij de steun-punten zo hoog mogelijk gelegd. De verankering van de kabelsin de onderflens is onder een hoek van 30? aangebracht.Doorvertaling naar D&C-contractenDe herberekeningen hebben geleid tot een uitspraak of eenbestaand kunstwerk nog qua inpassing en constructieve veilig-heid voldoet aan de beoogde situatie. Indien een kunstwerkniet voldoet, is aangegeven of het kunstwerk vervangen moetworden of dat een versterking van het bestaande kunstwerkafdoende is. Deze inzichten hebben basis gestaan voor de bepa-ling van de scope en omvang van de werkzaamheden voor deaannemers. De verdelingen van de verantwoordelijkhedenbinnen de D&C-contracten zijn als volgt geregeld: projectgegevensproject ZSM IIopdrachtgever Rijkswaterstaat DienstOost Nederlanduitvoering herberekeningen ARCADISmateriaalonderzoek SGS INTRONbegeleiding ontwerpproces Rijkswaterstaat, Dienst Oost Nederland en DienstInfrastructuur8