thema Tandconstructie versterkt 1 2009 40 thema Kunstwerk in knooppunt Muiderberg aangepakt Tandconstructie versterkt Bij knooppunt Muiderberg, één van Nederlands drukste verkeersknooppunten, sluit de A6, richting Flevoland, aan op de A1. Bij herberekening bleek een van de viaducten in dit knooppunt, kunstwerk 500, niet te voldoen. Zo voldeed de druklaag in het inhangdek niet aan de vermoeiingseisen en ook de eindvelden volde- den niet. Bovendien was de dwarskrachtcapaciteit van de tandconstructie van het inhangdek onvoldoende. Besloten is bij de verbreding van het viaduct ook deze tandconstructie aan te pakken. 1 2009 41 1 Aangebrachte versterking onderzijde 2 Aanzicht KW 500 Het viaduct over de A1 (kunstwerk 500) heeft een totale lengte van circa 115 m (gemeten in de rijrichting) en kruist de A1 onder een hoek van circa 52 gon (47?). De totale lengte is verdeeld over twee eindoverspanningen van circa 30 m en een middenoverspanning van circa 55 m. De middenoverspanning (het inhangdek) bestaat uit circa 34 meter lange prefab ZIP- en TRA-liggers met druklaag die door middel van een tandconstructie zijn opgelegd op circa 10 m lange overstekken van de eindvelden. De eindvelden zijn in het werk gestorte, voorgespannen platen, waarin sparingsbuizen zijn opgenomen om het gewicht te reduceren. Probleemstelling Bij geplande werkzaamheden aan bestaande kunstwerken beoor- deelt Rijkswaterstaat standaard of er op korte termijn onderhoud aan het kunstwerk is te verwachten. Dit in aanvulling op regelma- tige inspecties die worden uitgevoerd. Bij deze beoordeling wordt tevens een herberekening uitgevoerd, waarin wordt bepaald of het kunstwerk voldoet aan de huidige normen en richtlijnen. In het kader van het project 'A1-A6, verbreden 4 kunstwerken, inclusief het versterken van de Hollandse brug' is ook kunstwerk 500 herberekend. Hierbij werd het volgende geconcludeerd: 1 het inhangdek voldoet op bezwijkveiligheid en duurzaam- heid, maar de druklaag voldoet niet op vermoeiing; 2 de eindvelden voldoen op een aantal posities niet aan de huidige normen, qua bezwijkveiligheid (waaronder ook dwarskracht), duurzaamheid en vermoeiing. 3 er is onvoldoende ophangwapening in de tandconstructie van de eindvelden aanwezig. 1 ing. Ralf van Leeuwen PMSE Strukton Engineering ing. Maurice Ellenbroek en ing. Jeroen Kleinhout Tensa B.V. 2 Tandconstructie versterkt 1 2009 42 thema tie moest zijn die dóór het bestaande dek moest worden aange- bracht. Dit in verband met de geringe toelaatbare constructie- hoogte aan de bovenzijde van het dek, de minimaal vereiste doorrijhoogte onder het viaduct en het ontwerpuitgangspunt dat een deel van de belasting uit het inhangdek via de verster- kingsconstructie rechtstreeks achter de tandoplegging moet worden afgedragen. Dit laatste is de basis geweest voor de uiteindelijke vorm van het ontwerp en komt voort uit de beschouwing van het krach- tenspel binnen het bestaande viaduct. De versterkingsconstructie bestaat uit verticale en diagonale voorspanstaven dóór het dek, waarbij er sprake is van in totaal 22 afzonderlijke ankerstoelen die zijn gepositioneerd op basis van de beschikbare ruimte in het bestaande dek (tussen de aanwezige voorspankabels). Gezamenlijk dragen deze een deel van de belasting uit het inhangdek rechtstreeks af naar een snede achter de tandoplegging. Er is ook een variant bekeken met onderslagbalken van staal in combinatie met beton, die over de gehele breedte van het viaduct, onder de tandconstructies zouden worden aange- Tevens bleek de tandconstructie van de eindvelden naar de huidige inzichten niet te voldoen op dwarskracht. Op basis van deze conclusies is besloten om de versterking van kunstwerk 500 mee te nemen bij de verbreding van het viaduct. Als versterkingsmethode ten aanzien van de eerste twee punten is gekozen voor het overlagen van het bestaande dek. Hierbij wordt de asfaltverharding verwijderd en hier komt een gewa- pende betonnen overlaging voor in de plaats. Deze oplossing is vergelijkbaar met de oplossing die is toegepast op de Hollandse brug, beschreven in Cement 2008/5. Dit artikel gaat verder in op de versterking van de tandcon- structie. Dit probleem is overigens niet uniek, getuige ook de aandacht voor nok/-tandconstructies in Cement. Methode van versterken In april 2007 is gestart met het ontwerp van de tandversterking van het viaduct. Tijdens het ontwerpproces is een aantal varian- ten bekeken. Al snel bleek dat de tandversterking een construc- 3 5 4 Tandconstructie versterkt 1 2009 43 3 Detail bestaande tandconstructie 4 3D-tekening randversterking 5 Scan voorspankabels in bestaande viaduct 6 3D-tekening enkel anker 7 3D-tekening dubbel anker de ligging van de kabels en de mogelijke gevolgen in geval van het aanboren van de voorspankabels, was het niet verantwoord om op basis hiervan het ontwerp en de uitvoering verder in gang te zetten. Om die reden is besloten de voorspanning in het bestaande dek te detecteren, waarvoor een extern bedrijf werd ingeschakeld. De voorspankabels en de wapening zijn met drie verschillende methoden gedetecteerd: ? Georadar; ? HF-IR-thermografie; ? Ferroscan. Door de resultaten van deze drie metingen te interpreteren en onderling te vergelijken is de positie van de voorspankabels en wapening nauwkeurig in kaart gebracht. Afhankelijk van de kwaliteit van de meetdata, kon de ligging van de voorspanka- bels met een nauwkeurigheid variërend van +/-35 tot +/-50 mm worden aangegeven (fig. 5). Ook na het in acht nemen van veiligheidsmarges en vereiste uitvoeringstoleranties bleek het mogelijk de extra staven tussen de bestaande voorspankabels aan te brengen. Uiteraard betekende dit dat de overeengekomen uitvoeringsto- leranties nauwlettend moesten worden bewaakt. De resultaten van de scan van de ligging van de voorspanka- bels, zijn gehanteerd als randvoorwaarden voor het detailont- werp van de versterking. Ontwerp versterking tandconstructie Op basis van de resultaten van de scan zijn de definitieve vorm en locatie van de ankers uitgewerkt. Ten behoeve van de tandversterking zijn drie constructietypen aangebracht, namelijk een enkel anker, een dubbel anker en een randver- sterking (fig. 4, 6 en 7). De enkele ankers, totaal 18 stuks, zijn in het midden van het dek geplaatst en bestaan uit een constructie van een stalen bovenplaat, twee verticale voorspanstaven, één diagonale voor- spanstaaf (hoek van 40 graden) en een stalen onderplaat, die tegen de onderzijde van het dek is geplaatst. Bij het ontwerp en positionering van de bovenplaat moest er rekening mee worden gehouden dat de bovenplaat binnen de eerder genoemde overlaging zou passen. Het bleek hierbij noodzake- lijk de bovenplaat verdiept aan te brengen. De voorspanstaven bestaan uit Dywidag staven Ø 36 mm, FeP 1230, smooth bar. De onderplaat is zodanig vormgegeven dat bracht. Dit bleek echter problemen te geven voor het eigen gewicht van de constructie en ook met betrekking tot de uitvoering bestond een aantal praktische bezwaren. Daar- naast konden de horizontale componenten van de reactie- kracht, die ontstaan ten gevolge van de diagonale voorspan- staven, bij deze oplossing niet goed worden afgedragen. Belangrijk voordeel van de losse ankerstoelen is dat de constructie uit kleinere onderdelen bestaat, wat de montage vereenvoudigt. Bovendien kon de montage eenvoudiger in verschillende fasen worden uitgevoerd. Het kritieke onderdeel voor het ontwerp van de tandversterking was echter niet de versterkingsconstructie op zichzelf, maar het feit dat de nieuw aan te brengen versterking moest worden aangebracht in een bestaand voorgespannen dek. Het boren van gaten in een brugdek waarin veel voorspankabels aanwezig zijn, heeft in de regel niet de voorkeur. Voor het versterken van deze tandconstructie bleek er echter geen andere praktische oplossing. Wat deze afweging en het ontwerp nog complexer maakte, was het feit dat de bouwcombinatie tijdens haar werkzaamheden ten behoeve van de verbreding van het viaduct al had geconsta- teerd dat de informatie die was weergegeven op de beschikbare, oorspronkelijke tekeningen van het bestaande viaduct, afwijkt van datgene dat in de praktijk werd aangetroffen. Omdat de exacte ligging van de voorspankanalen essentieel was voor het ontwerp en de uitvoering, is besloten een uitgebreid onderzoek uit te voeren naar de bestaande constructie. Onderzoek bestaande constructie Een belangrijke voorwaarde voor de haalbaarheid van genoemde variant was dat de gaten voor de diagonale en verticale staven veilig tussen de bestaande voorspankabels door konden worden geboord. De oorspronkelijke ontwerptekeningen waren beschikbaar, dus op basis daarvan is een eerste inventarisatie gemaakt van de ligging van de voorspanning en de beschikbare ruimte voor het aanbrengen van de extra staven. Gezien de beperkte ruimte om staven aan te brengen, de eerder geconstateerde afwijkingen in 6 7 1 2009 44 thema doorsnede / aanzicht A schaal 1:20doorsnede / aanzicht B schaal 1:20 min. 45 min. 50 8 9 8 Doorsnede versterking tandconstructie 9 Aangebrachte versterking bovenzijde (v??r aanbrengen overlaging) tuele maatvoeringsfouten tot een minimum werd beperkt. Vervolgens zijn de gaten met een diameter van 50 mm door het dek geboord, waarbij de afwijking niet meer mocht bedragen dan 15 mm. Er is geboord met diamantboren op een statief/ geleideconstructie. Nadat de gaten in het dek waren geboord, zijn de ankerstoelen en voorspanstaven gemonteerd. Deze werden aansluitend gespannen en geïnjecteerd. Het boren van de gaten en het aanbrengen en spannen van de voorspanstaven werd uitgevoerd vanaf de bovenzijde van het dek. Het aanbrengen van de stalen onderplaten werd uitge- voerd vanaf de onderzijde. In verband met de bereikbaarheid was het noodzakelijk deze werkzaamheden vanuit een hoog- werker uit te voeren. De voorspanstaven zijn geconserveerd door het injecteren van de gaten met injectiemortel. De boven- en onderstoel van het anker zijn beide thermisch verzinkt. De bovenstoel is ingestort in de overlaging. De onder- stoel blijft in het zicht onder het viaduct en omdat deze ther- misch verzinkt is, behoeft deze geen verdere conservering. Inmiddels zijn de tandversterking en de overlaging succesvol afgerond en voldoet het kunstwerk weer aan de huidige normen en richtlijnen. ) de minimale doorrijhoogte onder het viaduct voldoet aan de eisen en dat er een mogelijkheid was om de constructie te stellen. Tevens kan bij dit ontwerp de horizontale reactiekracht, die ontstaat door het aanspannen van de diagonale staaf, worden opgevangen. Omdat de zwaarste belastingen aan de randen van het viaduct optreden is er op deze locaties (4 stuks) gekozen voor een zwaardere variant van het anker, namelijk een dubbel anker in combinatie met een randversterking. Het dubbele anker functi- oneert volgens hetzelfde principe als het enkele anker, echter bevat dit anker twee diagonale en drie verticale voorspansta- ven, waardoor het een hogere belasting kan afdragen. Aan de buitenzijde van het viaduct is op 4 locaties een randver- sterking aangebracht. Deze randversterking maakt tevens deel uit van de constructie om de hogere belastingen aan de buiten- zijde van het viaduct op te vangen. De randversterking bestaat uit een stalen plaatconstructie die om de tandconstructie is geklemd zodat deze fungeert als een trekband. Uitvoering versterking tandconstructie Knooppunt Muiderberg staat bekend als één van Nederlands drukste verkeersknooppunten. Om die reden moest tijdens de uitvoering van de tandversterking zo min mogelijk overlast voor het verkeer worden veroorzaakt. Om tijdens de uitvoering het viaduct beschikbaar te houden voor een deel van het verkeer is de versterking van het viaduct uitgevoerd in twee fasen. De eerste fase van het aanbrengen van de tandverster- king vond plaats in de weken 27 tot en met 29 en de tweede fase in de weken 33 tot en met 35. In verband met de beno- digde verkeersmaatregelen was het noodzakelijk de werkzaam- heden grotendeels 's nachts uit te voeren. In eerste instantie is de asfaltverharding van het dek gefreesd en vervolgens is ter plaatse van de locaties van de aan te brengen bovenplaten een verdiept vak gesloopt (dit in verband met de beperkte dikte van de overlaging waarin de bovenplaten weggewerkt zijn). Na het slopen van deze vakken zijn de exacte locaties van de ankers bepaald door twee meetploegen. Deze 'dubbele' maatvoering is gedaan omdat een juiste maatvoering binnen dit project essentieel was en hierdoor de kans op even- I
ROJECTGEGEVENS opdrachtgever Rijkswaterstaat ontwerp Alliantie A1/A6 (Rijkswaterstaat, Bouwcombinatie Strukton-Reef ) en Tensa B.V. hoofdaannemer Bouwcombinatie Strukton-Reef onderaannemer versterking tandconstructie Tensa B.V. detectie voorspankabels Irscat ag, Zwitserland