Prefab integraalviaduct Ring Zuid Groningen Veel aandacht voor bouwfasering en voorbelasting op het dek 1 KW12.10, Viaduct in de A28 over de Brailleweg in Groningen, foto: RDB Producties 1 16? CEMENT 6 20 21 Vanwege de groei van de stad Groningen dreigen de belangrijk- ste verkeersaders de toename van het verkeer niet aan te kun- nen. De zuidelijke ringweg van de stad moet daarom worden omgebouwd, teneinde de bereikbaarheid, doorstroming, leefbaar- heid en veiligheid te verbeteren. Onderdeel van het project Aanpak Ring Zuid in Gronin- gen is het kunstwerk KW12.10 in de A28, een viaduct dat een ongelijkvloerse kruising heeft met de Brailleweg. Dit viaduct heeft een enkele overspan- ning van 42,5 m en gaat over de zogenoemde fietsvallei. Door een invoegende toerit en een uitvoegende afrit waaiert de breedte van het viaduct van zuid naar noord uit van circa 42,0 m naar 46,1 m. Door het beperkte profiel vrije ruimte en het hoogteverschil van de bovengelegen wegen, bestaat het viaduct uit twee separate dekken. Die dekken zijn opgebouwd uit pre- fab kokerliggers zonder druklaag. De keuze om geen druklaag toe te passen, is gemaakt ten behoeve van de reductie van de steun- puntsmomenten en de beoogde bouwfase- ring. De kokerliggers zijn integraal verbonden met de betonnen landhoofden die gefun- deerd zijn op combiwanden. Combiwanden zijn toegepast vanwege de aanwezige grond- slag en de benodigde vervormingscapacitei- ten van de landhoofden. Hoedvormige liggers Het dek bestaat uit 25 kokervormige liggers: 14 voor het westelijke en 11 voor het oostelijke dek. Dankzij dit type liggers is de construc- tiehoogte zo veel mogelijk beperkt. Deze kokerbalken zijn voorgespannen, geprefa- briceerde betonnen liggers van hogesterkte- beton met sterkteklasse C80/95. Het holle gedeelte is gemaakt met behulp van tempex en de uiteinden van de kokerliggers bestaan elk uit een massief deel (fig. 3). De kokerliggers van het westelijke en het oostelijke dek hebben een verschillende dikte. Voor het westelijke deel is gekozen voor een dikte van 1300 mm, bij het oostelijke deel gaat het om 1500 mm. Dit verschil in dikte heeft te maken met het benodigde profiel van vrije ruimte van de onderdoorgaande weg en het benodigde alignement. De dekken worden ten gevolge van een fors variërende PROJECTGEGEVENS project Aanpak Ring Zuid in Groningen / KW12.10 ? Viaduct in de A28 over de Brailleweg opdrachtgever Rijkswaterstaat opdrachtnemer Combinatie Herepoort engineering Witteveen+Bos, Ingenieursbureau Mozes en De Boer prefab liggers Haitsma Beton montage liggers Wagenborg Nedlift transport liggers Van der Meijden Onderdeel van het project Aanpak Ring Zuid in Groningen is een viaduct in de A28 over de Brailleweg. Het is een bijzonder project, onder meer vanwege de beperkte constructiehoogte die verkregen is door het dek integraal te verbinden met de landhoofden. Ook de combinatie van de fasering van het storten van het landhoofd en de voorbelastingen op het dek, maken dit project uitzonderlijk. CEMENT 6 2021 ?17 uitvullaag op het oostelijke dek verschillend belast. Deze uitvullaag is nodig om het hoog- teverschil tussen de bovenliggende wegen op te vangen.Aan de onderzijde van de dekken mo- gen de naden niet te groot zijn. De standaard kokerbalken van dit type hebben een breedte van 1480 mm, maar door het uitwaaieren van het dek kon deze standaardbreedte niet worden toegepast. Daarom zijn de balken voorzien van een variërende uitkragende onderflens, waardoor een hoedvorm ont- staat (fig. 4). De langsvoorspanning in de liggers bestaat uit 7-draads strengen met een door- snede van 15,7 mm (Y1860). In de lage koker- liggers zijn 74 strengen toegepast, in de hoge kokerliggers 69 strengen. Door deze grote hoeveelheid voorspanning is het nodig om de strengen eveneens deels in de uitkragende onderflens aan te brengen. De balken zijn na plaatsing ook in dwarsrichting voorgespannen met behulp van nagerekte voorspankabels die aange- bracht zijn in sparingen in de bovenflens van de liggers. Inklemming landhoofd-brugdek Het viaduct is een integraalconstructie, waar - bij het prefab dek monoliet is verbonden met de landhoof den. Omdat geen druklaag aan - wezig is, kon de bovenwapening vanuit het landhoof d niet worden doorgezet ter hoogte van de kokerliggers. Een aansluiting door middel van stekankers en stekeinden was niet uitvoerbaar, onder meer omdat de ver - moeiingscapaciteit van deze koppelingen beduidend lager is dan bij gewoon wapenings - staal. Als oplossing is bij de hamerstukken o ver een lengte van 3,25 m een overgangsge - bied gecreëerd. Door deze verjonging aan de bo venzijde van de ligger (280 mm) ontstaat over een klein deel een druklaag. Hierin kun - nen wapeningsstekken die uit de prefab lig - gers steken, overlappen met wapeningsstaven die vanuit de landhoofdzijde onder de beugels van de prefab liggers zijn aangebracht. De lengte van deze druklaag was voldoende om de overlappingslassen van de steunpuntswa - pening in de natte knoop met de stekken van - uit de prefab liggers verspringend aan te br engen. De stekken waren juist kort genoeg, zodat ze niet in de weg zaten voor een onge - hinderd gebruik van de hijsankers. Uit de ontwerpsommen bleek dat er twee lagen wapening nodig zijn om de steunpuntsmomenten op te kunnen nemen. Om overlappingslassen te kunnen maken, is een hart-op-hart-afstand van de wapening van minimaal 150 mm nodig. De toegepaste wapening is Ø32-150 in de eerste laag en Ø25-150 of Ø32-150 in de tweede laag. Door de aanwezigheid van de stekwa- pening in de prefab liggers was het nood- 2 3D-view van het kunstwerk met ongelijkvloerse kruising met de Brailleweg, bron: Breda & Co Architects ING. KLAAS WIERSMA PMSE Constructeur Witteveen+Bos IR. ESLI BOSMAN Constructeur Witteveen+Bos ING. PIETER DE BOER Constructeur Ingenieursbureau Mozes en De Boer auteurs 2 18? CEMENT 6 20 21 3 Langsdoorsnede van de kokerligger geïntegreerd in de landhoofden?4 Doorsnede van de hoedvormige kokerliggers 5 Oplegdetail op as 1?6 Doorsnede 1 (zie fig. 3) van de kokerligger met de plaats van de stekken 7 Doorsnede 2 (zie fig. 3) met doorsnede t.p.v. lage massieve deel van de ligger? 8 Doorsnede 3 kokerligger (zie fig. 3) na massieve deel met dikkere bovenflens i.v.m. bovenwapening Het dek bestaat uit 25 kokervormige liggers: 14 voor het westelijke en 11 voor het oostelijke dek 3 4 5 6 7 8 CEMENT 6 2021 ?19 zakelijk de dwarsvoorspanning (en dus sparingen voor die dwarsvoorspanning) plaatselijk lager aan te brengen. Dit is even- eens de reden dat de dikte van de boven- flens plaatselijk is vergroot (fig. 8). Voor het opendraaiend moment van de natte knoop zijn stekankers opgenomen aan de onderzijde van de prefab liggers (fig. 5 en 6). Deze stekankers kruisen de beugelwa - pening in het landhoofd, wat kan leiden tot een conflict in de wapening. Om dit te voor - komen, is de volledige wapening in het land- hoofd in de kist uitgezet op basis van de posi- ties van de staafankers van de prefab liggers. Fundering landhoofden De landhoofden zijn zoals gezegd gefun- deerd op combiwanden. De combiwanden bestaan uit buispalen van 1016 mm × 22 mm (S355J2H+N) met daartussen damwand- planken PU22. De onderzijde van het land- hoofd is verbonden met de buispalen van de combiwand. Deze verbinding is gerealiseerd door de buispalen 0,8 m op te nemen in het beton van het landhoofd. Voor de overdracht van belastingen vanuit de landhoofden naar de palen, zijn aan de buispalen stalen ringen gelast, zogenoemde blokdeuvels (foto 10). Deze blokdeuvels zijn vooraf al op de paal- segmenten gemonteerd en voldoen aan uit- voeringsklasse EXC3. Vanwege de relatief beperkte diepte van het deel van de palen dat in het beton is opgenomen (ten opzichte van de diameter 1016 mm), moest zowel met het mechanisme van wrikken als het me- chanisme van afschuiving rekening worden gehouden. De verhouding tussen deze me- chanismen kon worden ingeschat op basis van de optredende rekken. Voor de dimensi- onering van de wapening in de landhoofden is het conservatieve uitgangspunt gehanteerd dat de kopmomenten van de buispalen vol- ledig door elk van deze mechanismen moet kunnen worden opgenomen. In verband met de drukspanningen ter plaatse van de blokdeuvels is voor de landhoofden gekozen voor beton C45/55. Krachtsverdeling De krachtsverdeling is bepaald door middel van een eindige-elementenmodel bestaande uit 1D-staven en 2D-plaatelementen in een 3D-omgeving. In het eindige-elementenpro- gramma SCIA Engineer is het gehele viaduct inclusief combiwanden gemodelleerd. In dit model is onder andere rekening gehouden met de orthotrope eigenschappen van het dek, die in overleg met Haitsma Beton zijn 9 Natte knoop tussen dekconstructie en landhoofd, foto: RDB Producties 9 20? CEMENT 6 20 21 Om het prefab dek monoliet te verbinden met de landhoofden, is over een lengte van 3,25 m een overgangsgebied gecreëerd waar wapeningsstek- ken vanuit de prefab liggers overlappen met wapenings- staven van het landhoofd 10 Blokdeuvelverbinding buispalen combiwand met landhoofd, foto: Witteveen+Bos bepaald. In de modellen is tevens rekening gehouden met de wijziging van het statisch systeem bij het aanstorten van het dek (kist-effect), de invloed van opgelegde ver- vormingen (temperatuur, krimp, kruip, steunpuntszettingen, opspaneffecten) en axiale en buigstijfheden van de palen. Palen? Bij de axiale stijfheden van de palen speelden met name de grote geotechnische variaties zoals die in Groningen kunnen voorkomen. Vanwege de grillige bodemge- steldheid is ter hoogte van alle buispalen gesondeerd. Over de breedte van het kunst- werk heeft dit geleid tot de toepassing van verschillende paallengten om de benodigde plugwerking te kunnen realiseren. De bere- kening van het draagvermogen is uitgevoerd conform CUR Rapport 2001-8 ('Bearing capacity of steel pipe piles'). Voor het bepa- len van de vervormingen zijn berekeningen gemaakt met D-Foundations. Hierbij is gere- kend met een buispaal met gesloten voet. Voor de aanvulling achter de landhoofden en de beddingen tegen de palen is gerekend met onder- en bovengrensstijfheden om te voorkomen dat respectievelijk veld- en steunpuntsmomenten zouden worden onderschat. Reductie steunpuntsmomenten? Ter be- perking van de steunpuntsmomenten en om te voldoen aan de scheurwijdte-eis van w k ? 0,20 mm, is voor het aanstorten van het dek met de landhoofden een voorbelasting op het dek aangebracht. Deze voorbelasting is vervolgens, na aanstorten en verharding, gefaseerd vervangen door de rustende be- lastingen zoals schampkanten, asfalt en randelementen. Feitelijk worden door deze aanpak de steunpuntsmomenten geredu- ceerd met het aandeel van de rustende be- lastingen, inclusief de invloed van de relatief zware randelementen. Voor het beschouwen van de optre- dende kruipeffecten is het superpositiebe- ginsel toegepast. Achtereenvolgens golden daarbij de volgende fasen: eigen gewicht en voorspanning (t 0 = 28 dagen), aanbrengen voorbelasting (t 1 = 60 dagen), aanstorten landhoofden (t 2 = 70 dagen), aanbrengen rustende belasting en verwijderen voorbe- lasting (t 3 = 84 dagen) en 100 jaar levensduur (t 4 = 36.500 dagen). Seismische belastingen? In Groningen moet ook rekening worden gehouden met seismi - sche belastingen. Aangezien de viaducten horizontaal volledig zijn ingesloten door 10 CEMENT 6 2021 ?21 grond zullen ze enkel de horizontale versnel- ling van de grond volgen, maar niet in een trillingsmodus r aken. Wel kan de horizontale belasting op de combiwanden toenemen. Deze toename is beschouwd volgens Mononobe- Okabe. Deze horizontale gronddrukken zijn echter niet maatgevend gebleken ten opzichte van de gronddrukken waarmee in de uiterste grenstoestand voor sterkte is gerekend. Ook verticale trillingen van het dek met quasi- permanente belasting door verkeer zijn niet maatg evend ten opzichte van de uiterste grenstoestand voor sterkte. Bouwfasering Na het aanbrengen van de prefab liggers is de dwarsvoorspanning aangebracht en ver- volgens zijn (tijdelijke) aanslagnokken op de landhoofden gestort. Dankzij deze nokken werkten de prefab liggers als stempelcon- structie tijdens het aanvullen van grond achter de landhoofden. Dit aanvullen moest gelijkmatig achter beide landhoofden plaats- vinden. Vervolgens kon de voorbelasting worden aangebracht en de knoop tussen landhoofd en prefab liggers worden gestort. Zodra de natte knoop voldoende was ver- hard, is de voorbelasting stapsgewijs verwij- derd. Door deze bouwvolgorde te hanteren, worden de steunpuntsmomenten die ont- staan in de aansluiting tussen het dek en het landhoofd zo veel mogelijk beperkt. Montage liggers Het gewicht van de liggers varieert tussen 112 en 123 ton. Ze zijn met twee 700-tons kranen op hun plek gehesen vanaf de naast- gelegen weg aan de zuidzijde van het viaduct. De montage is uitgevoerd in drie doorde- weekse nachten. Daarbij werd steeds rond 22.30 uur begonnen met hijsen tot circa 4.00 uur in de nacht, met een doorlooptijd van gemiddeld één ligger per halfuur. Gelet op de grote hoeveelheid wape- ning die vanuit de liggers stak, in relatie tot de wapening die al was aangebracht op het landhoofd én het feit dat het een waaierend dek betreft, was maatvoering uiterst belang- rijk. Ook moest rekening worden gehouden met toleranties van instortvoorzieningen, toleranties op prefab liggers, toleranties op maatvoering en toleranties op uitvoering van het landhoofd en landhoofdwapening. De nauwkeurige uitvoering van alle discipli- nes heeft geleid tot minimale conflicten. Gezien de moeilijkheidsgraad is te spreken van een geweldig resultaat waar iedereen trots op kan zijn. Ter beperking van de steun- puntsmomenten is vóór het aanstorten van het dek met de landhoofden een voorbelasting op het dek aangebracht 11 Voorbelasting op de dekconstructie, foto: RDB Producties 12 Plaatsing van prefab liggers, foto: RDB Producties 11 12 22? CEMENT 6 20 21