thema KW520: Ontwerp dek 6 2 0 11 38 thema KW520: Ontwerp dek Prefab PIQ-ligger blijkt beste oplossing KW520: Ontwerp dek6 2 0 11 39 1 Het dek bestaat uit speciaal ontwikkelde PIQ-liggers De oplossingsvarianten die bij de aanbieding vastlagen waren de volgende: a een in-situ dek op één-kolomsondersteuningen met hamer - kopvorm met onderlinge afstanden van minimaal 34,5 m; b een dek van prefabliggers ondersteund door dwarsbalken die op een centrale kolomschijf dragen; minimale overspanning 45 m; c een in-situ dek op één-kolomsondersteuningen met hamer - kopvorm met onderlinge afstanden van minimaal 69 m. Per oplossingsvariant waren aanvullende eisen beschreven waarmee bijvoorbeeld afmetingen en detailleringen werden vastgelegd. Ten behoeve van de vormgeving was een apart document opgesteld. De inschrijvers mochten één oplossing aanbieden. Aangezien gunning zou plaatsvinden op basis van de meest economische inschrijving, zonder aanvullende crite- ria, was de uitdaging voor het ontwerpteam dus de oplossing met de laagste kostprijs te bepalen. Zoals gesteld, is daarbij variant B uit de bus gekomen. Op de overige varianten wordt in dit artikel niet nader ingegaan. KW520: Ontwerp dek Kunstwerk 520 (KW520) in de Westrandweg is een 3,3 km lange fly-over. De uitgangspunten van de vraagspecificatie van deze fly- over, geformuleerd door Rijkswa- terstaat, waren verpakt in drie oplossingsvarianten. Uiteindelijk is gekozen voor een oplossing met één-koloms ondersteuningen en een dek bestaande uit geprefabri- ceerde betonnen liggers. 1 ir. Kees Quartel Spanbeton Oude bekende Voor Spanbeton was het project een oude bekende. In de kast stond nog een dossier uit 1990 met daarin een intentieverklaring van Rijkswaterstaat met het voornemen bij realisatie van de Tweede Coentunnel en de nieuwe aansluiting van de Basisweg op de A10 ten zuiden van de tunnel, gebruik te maken van een aangeboden prefaboplossing voor het dek van een viaduct van circa 1 km lengte. Het was in die tijd nog gebruikelijk dat de Directie Bruggen van Rijkswaterstaat een soort aanbesteding hield onder verschil- lende leveranciers van prefab brugliggers. Het bestek werd dan verder uitgewerkt met als uitgangspunt de oplossing van de laagste inschrijver. De liggers zouden als directielevering aan de aannemer ter beschikking worden gesteld. Kort na de ontvangst van deze intentieverklaring zette het toenmalige kabinet de plannen voor de Tweede Coentunnel in de ijskast. Toen de plannen aan het begin van deze eeuw weer actueel werden, was het hele aanbestedingssysteem gewijzigd en was ook de inten- tieverklaring niet meer rechtsgeldig. Spanbeton is daardoor opnieuw de strijd aangegaan met de in-situ varianten. KW520: Ontwerp dek 6 2 0 11 40 thema Als de totale viaductlengte van 3,3 km wordt verdeeld in over - spanningen van 45 m zijn er in totaal 80 overspanningen nodig. Dit was grotendeels bepalend voor de oplossingsrichting met prefab elementen met een grotere werkende breedte (PIQ- liggers). Want als zou worden uitgegaan van standaard koker - liggers met een werkende breedte van 1500 mm zouden per overspanning 18 liggers benodigd zijn, voor 80 dekken dan totaal 1440 liggers. Dit zou gedurende een beschikbare bouw- tijd van circa twee jaar een gemiddelde dagproductie van 6 á 7 liggers vereisen, maar ook wekelijks een enorme transport- en montage-inspanning vergen. In feite was het ontwerpen dus niet alleen een technisch-economisch vraagstuk, maar vooral ook een logistiek vraagstuk. Ontwerp van de PIQ-ligger De primaire oplossingsrichting bestond dus uit prefab elemen- ten met een grotere werkende breedte, waarmee het aantal elementen drastisch zou worden gereduceerd. Hiermee zou ook een efficiëntere oplossing kunnen worden gevonden met betrekking tot materiaalverbruik en arbeid. Als eerste uitgangs- punt is gekeken naar de beschikbare capaciteit bij de prefabpro- ductie. Gelet op de benodigde liggers voor de overige kunst- werken was het ongewenst de gehele productiecapaciteit gedu- rende ruim twee jaar alleen voor KW520 in te zetten. Daarom mocht de productie van de liggers niet meer dan twee zware spanbanken in beslag nemen (foto 2). Gelet op de grote omvang van het dek van KW520 was het belangrijk om voor het uitwerken van de oplossing grondig te werk te gaan. Hierbij moest verder worden gedacht dan een toepassing van de bestaande standaard prefab brugsystemen. Om die reden heeft Van Hattum en Blankevoort vroegtijdig een exclusieve samenwerking gezocht met Spanbeton. Eisen De eisen waarmee in het prefabontwerp rekening moest worden gehouden hielden het volgende in: ? kolomafstand 45 m met een maximaal toegestane afwijking van 10% (+ en -); ? slank uiterlijk dekconstructie; ? maximaal twee verschillende liggerbreedtes per rijdek; ? gladde onderkant van het rijdek met een maximale onder - linge voegbreedte tussen de liggers van 60 mm; ? afgeschuind zijvlak van de randligger; ? toepassing horizontaal gekromde liggers daar waar het kunst- werk in een horizontale straal van het wegalignement ligt; ? netto dekbreedte van 27000 mm, uitgaande van de verkeers- kundige uitgangspunten ? dek tot maximaal 35650 mm, bij de westelijke aanlanding in verband met de op- en afritten van de aansluiting Luvernes; ? opsplitsing van het viaduct in twee aparte smallere dekken van respectievelijk 14600 en 16200 mm breed bij de oostelijke aansluiting op de A10. 2 6 2 0 11 41 1915 2400 2790 1820 1450 1450 2 De productie van de liggers mocht niet meer dan twee zware spanbanken in beslag nemen foto: Hendriks Precon3 Doorsnede randligger (links) en tussenligger (rechts) 4 Voor de onderlinge verbinding van de liggers werd gekozen voor dwarsvoorspanning Variant met in-situ druklaag De eerste oplossingsvariant was een systeem van brede liggers waarop een in-situ druklaag moest worden aangebracht. De totale constructiehoogte bedroeg 1,70 m, en de slankheid (verhouding lengte/hoogte) 25. In deze variant bleek het mogelijk het gewicht en de benodigde voorspankracht binnen de capaciteitsgrenzen te houden. Toch waren er belangrijke nadelen, vooral met betrekking tot de montage. Er was immers maar beperkte werkruimte naast het te bouwen viaduct beschikbaar, met name langs de Basisweg. Hierdoor bleek het noodzakelijk ten behoeve van de montage van de liggers in ieder geval één mobiele kraan bovenop het dek ter plaatse van de ondersteuning te positioneren. En met een bouwtempo van één overspanning per week zouden bijzondere maatregelen nodig zijn om een kraan op een dek te plaatsen waarop nog geen druklaag als rijvloer aanwezig was. Om nog maar te zwijgen over de bereikbaarheid voor de beno- digde kraan. In een optimaal schema zouden zodoende 10 liggers per week kunnen worden geproduceerd. Toen vervolgens vanuit de bouwstroomanalyse de wens kwam om één overspanning per week te realiseren, kon worden vastgesteld dat een basisover - spanning bij voorkeur uit 10 liggers zou moeten bestaan met een gemiddelde werkende breedte van 2,70 m. Andere fysieke eigenschappen volgden ook uit de beschikbare productiecapa- citeit zoals een maximum liggergewicht van 140 ton en een maximum beschikbare voorspankracht per ligger. Omdat het ontwerp van de onderbouw voorzag in een pijlerbalk in omgekeerde T-vorm zou de theoretische overspanning van de dekliggers 2,5 m korter worden dan de kolomafstand. Bij een basisoverspanning van 45 m werd dat dus een dekoverspanning van 42,5 m. In de eisen van de opdrachtgever werd geen maxi- male constructiehoogte benoemd. Een slank ogend brugdek was dus een relatief begrip, waarbij de hoge ligging ten opzichte van het maaiveld en de behoorlijke kolomafstand gunstig zouden meewerken in de beeldvorming. Het was dan ook niet nodig een variant met kokerliggers te beschouwen ? een oplos- sing die in het algemeen de kleinste constructiehoogte geeft. 3 4 thema KW520: Ontwerp dek 6 2 0 11 42 2,5 % 2,5 % 5 Doorsnede dek 6 Er moeten iedere week 10 liggers worden getransporteerd, in totaal 850 liggers 7 Besloten is voor toepassing van zuiver horizontaal gebogen rand- en middenliggers, in plaats van rechte liggers waarvan alleen de onderflenzen in gebogen vorm zouden verlopen 8 Transport ligger over het water voldaan. Zo ontstond een profiel dat in feite een combinatie is van een kokerligger en een railbalk: een koker met onderzijf- lenzen van zo'n 500 mm breedte (fig. 3). Deze doorsnede bleek een aantal interessante voordelen te bieden. Een van de constructieve eigenschappen van een kokerligger is een grote torsiestijfheid en de gunstige invloed daarvan op het verdelen van de verkeersbelasting. Ook hebben de liggers een grote buigstijfheid als gevolg van de aanwezig- heid van de bovenflens van een hogere betonsterkteklasse. Hierdoor kon de constructiehoogte worden teruggebracht naar 1,45 m, een slankheid van 29,3. Daarbij bleek deze ligger een nagenoeg identieke doorsnede te hebben als de primair onderzochte ligger; met andere woorden: de hoeveelheid beton nam niet toe. Dit pleitte ervoor onderzoek te doen naar liggers waarbij de rijvloer of in ieder geval een gedeelte daarvan al beschikbaar zou zijn direct na montage van deze liggers. Zonodig zou daar - over met hulpmiddelen een rijbaan voor een mobiele kraan of eventueel een rupskraan kunnen worden aangelegd. Variant met geïntegreerde rijvloer Dit was de directe aanleiding over te stappen naar een systeem van brede liggers met een brede bovenflens of geïntegreerde rijvloer. Bij de bepaling van de dimensies van de ligger werd de beheersing van het maximum gewicht ? in verband met het beschikbare hijsvermogen ? primair uitgangspunt. Daarom werd ervoor gekozen de kokerligger niet over de gehele breedte in kokervorm uit te voeren, maar de breedte van de bovenflens te beperken en wel zodanig dat aan de gewichtseis werd 5 6 6 2 0 11 43 KW520: Ontwerp dek terkte bij het spannen van de dwarsvoorspanning en vertraging voor het berijden van het dek door de aanvoerwagen. Het bouwschema voorziet nu in de montage van de 10 liggers op dinsdag. Op woensdag en donderdag worden de voegen gereedgemaakt zodat de stort vrijdag kan plaatsvinden. Op maandag worden de al eerder ingebrachte voorspankabels (per kabel 8 strengen, kabels h.o.h. 1500 mm) gespannen. Injectie van de kabels kan plaatsvinden na de dinsdag. In het Cementar- tikel 'KW520: Hulpconstructies' is de uiteindelijk gekozen montagemethode verder beschreven. Gebogen velden Waar de flyover de ligging boven de Basisweg verlaat en in noordelijke richting afbuigt naar de A10 en de Coentunnel, volgt het alignement een duidelijke boogstraal van 600 m. Hier eisen de architectonische voorwaarden de toepassing van hori- zontaal gebogen liggers. Aanvankelijk was het idee de middenliggers uit te voeren als een rechte ligger waarvan alleen de onderflenzen in gebogen vorm zouden verlopen, voldoende om aan de architectonische eis te voldoen. Daarbij zou de onderflensbreedte kunnen varië- ren van 500 tot 100 mm aan binnenbochtzijde en van 500-900 mm aan buitenbochtzijde. Ook de randliggers zouden een recht lijf kunnen hebben, met een verlopende onderflens. Uiteindelijke is toch gekozen voor toepassing van zuiver hori- zontaal gebogen rand- en middenliggers (foto 7). Dit was vooral gebaseerd op de efficiency van het productieproces. Inmiddels zijn de eerste gebogen liggers geproduceerd. Deze worden in het najaar gemonteerd. Transport Zoals al eerder gesteld, is het ontwerp vooral door de logistiek bepaald: een basisoverspanning kent 10 liggers, het productie- tempo is daarom 10 liggers per week. Er moeten dus ook iedere week 10 liggers (met een gemiddeld gewicht van 140 ton) Voegen Tussen de liggers bleef nog een ruimte van circa 900 mm breedte die moest worden gevuld (fig. 5). Over de gehele dekbreedte dus 9 x 900 = 8100 mm voeg. Ten opzichte van de in-situ druklaag met een breedte van 27200 mm was dit een interessante besparing van materiaal en gewicht van meer dan 50%. Voor de onderlinge verbinding van voegen en liggers werd gekozen voor de toepassing van dwarsvoorspanning en niet voor een gewapende voeg. Een van de redenen hiervoor te kiezen was het voorkomen van uitstekende stekeinden in de zijvlakken, die in het productieproces als lastig worden ervaren. Een andere reden was dat op deze wijze een duurzame aanslui- ting tussen in-situ voeg en prefabligger wordt verkregen. Bij het ontwerp wordt namelijk uitgegaan van een permanent aanwe- zige drukspanning ook onder volledige aanwezigheid van de verkeersbelasting. Bouwschema De zo bepaalde oplossing werd de basis van de tenderinschrij- ving. In de engineeringsfase is de oplossing verder geoptimali- seerd naar de definitieve bouwmethode. De belangrijkste drijf- veer daarbij was de doelstelling om het transport en de montage van de PIQ-liggers zonder hinder voor de omgeving te laten plaatsvinden. Dit was alleen mogelijk als de aanvoer direct over het eerder gemaakte rijdek zou kunnen plaatsvinden. Gelet op het noodzakelijke bouwtempo van één overspanning per week waren dan nog zes dagen beschikbaar om de 900 mm brede voegen te bekisten, de wapening en de buizen aan te brengen, het beton te storten en de dwarsvoorspankabels te installeren en te spannen (foto 4). En dat onder de voor - waarde van voldoende betonsterkte. Er is ook gekeken naar een oplossing met prefab voegplaten, maar deze bleek in economi- sche zin niet interessant. Uiteindelijk is de keuze gevallen op het toepassen van beton met een hogere betonsterkteklasse waar - door het risico werd geminimaliseerd van onvoldoende betons- 7 8 thema KW520: Ontwerp dek 6 2 0 11 44 9 druklaag dek Deze brug met de bijnaam 'Tijdelijke Maximabrug' is noodza- kelijk omdat de lokale infastructuur onvoldoende capaciteit biedt voor dergelijke transporten. De lokale en Provinciale overheden hebben een echte Maximabrug beloofd in de nabije toekomst. Aan de overkant is een snelle aansluiting met de N11 beschikbaar. Vervolgens gaan de transporten via de A12 ,de A2 en de A10 naar het werkterrein achter het westelijk gelegen landhoofd van de fly-over. Daar bevindt zich een speciaal inge- richt opslagterrein waar twee verrijdbare portaalkranen op rubberbanden met een hefvermogen van ieder 100 ton de liggers van de transportcombinaties tillen en in opslag plaatsen. Op de dinsdag, de vaste montagedag, verzorgen deze portaal- kranen het laden van de benodigde liggers. Dit op een trans- portcombinatie die achteruit rijdend het brugdek oprijdt naar de montageplaats. ? worden getransporteerd van de fabriek in Koudekerk aan den Rijn naar Amsterdam (foto 6). In totaal 850 liggers. Deze opgave resulteerde in de nodige uitdagingen voor het transport naar de bouwplaats. Bij het bepalen van de logistiek van het transport speelden de volgende overwegingen: ? er moet gedurende twee jaar een constante transportstroom zijn met een beperkte inzet van mens en materieel; ? de voorraad in opslag bij de fabriek van Spanbeton is gelimi- teerd; ? de liggers moeten een minimum ouderdom hebben op het tijdstip montage; ? de belasting voor het verkeer en het wegennet moet zoveel mogelijk worden beperkt, mede van belang om de benodigde transportvergunningen te kunnen krijgen. Om trouw te blijven aan het logistieke kengetal 10 worden iedere werkdag 2 liggers (is 10 liggers per week) in de nacht naar Amsterdam vervoerd. Daarbij wordt recht voor het bedrijf van transportonderneming van der Meijden, dat zich naast het terrein van Spanbeton bevindt, de oversteek over de Oude Rijn gemaakt via een speciaal daarvoor vervaardigde pontonbrug. Betoniek Er is ook een Betoniek verschenen over de liggers van KW520. Deze uitgave is beschikbaar op www.betoniek.nl. 9