themaUitwendige voorspanning in fly-over420134themaUitwendigevoorspanningin fly-overVoor de aanleg van een extra rijstrook in de fly-over in de A9 over hetRottepolderplein, bleek de dwarskrachtcapaciteit van de kokerliggersontoereikend. Dit werd voor een groot deel veroorzaakt door gewijzigdeinzichten ten aanzien van de detaillering van dwarskrachtwapening tenopzichte van de bouw eind jaren zeventig. Om de dwarskrachtcapaciteit tevergroten, is uitwendige voorspanning toegepast.1Verhoging dwarskrachtcapaciteit in fly-over RottepolderpleinIABSE-congres 2013Dit artikel is gebaseerd op de paper`Strengthening Fly-over Rottepol-der junction with external post-tensioning'van het IABSE-congres2013 dat in mei in Rotterdamplaatsvond.Uitwendige voorspanning in fly-over 42013 51:4016550100 5150 6150 5150100500 2600 600 11700 600 650 1002250225070 mm asfaltoorspronkelijke positie vangraildefinitieve positie vangrailDe fly-over in de A9 over het Rottepolderplein bestaat uit tweeparallelle kokervormige viaducten. Elk viaduct is ontworpenvoor drie rijstroken, maar er waren er tot voor kort slechts tweein gebruik. De toegenomen verkeersdruk maakte de aanleg vande derde rijstrook noodzakelijk. Tijdens onderhoudsperiodesmoest het bovendien mogelijk zijn om tijdelijk nog een vierderijstrook in gebruik te nemen. Het dek van de kokerligger isbreed genoeg. Een evaluatie van de constructie toonde verderaan dat het rijdek sterk genoeg is en dat ook de kokerliggersvoldoende momentcapaciteit hebben. De dwarskrachtcapaciteitvan de kokerliggers bleek echter onvoldoende.CapaciteitDe kokerliggers hebben elf overspanningen van 41 m en tweeeindvelden van 30,5 m, resulterend in een totale lengte van 512 m.De breedte van het rijdek van elke koker bedraagt 16,55 m (fig. 2).Beide kokers zijn gebouwd in lichtgewichtbeton met behulp vande schuifmethode. Het lichtbeton is vervaardigd met Liapor F6als grof toeslagmateriaal. De originele sterkteklasse bedroegB32,5 (LC 29/32,5) en de gerapporteerde, karakteristieke kubus-druksterkte was fck,cube= 40,3 MPa. Het (ovendroge) volume-gewicht was circa 1725 kg/m3. Onderzoek van boorkernen uit deconstructie voorafgaand aan de versterking toonde een minimale,karakteristieke kubusdruksterkte fck,cube= 36,4 MPa.Voordat een derde (en tijdelijke vierde) rijstrook kon wordenaangebracht, moest de capaciteit worden gecontroleerd op basisvan ROBK 6 [2] / RBBK [1]. De enige tekortkoming die werdgeconstateerd, was de wijze van detailleren van de dwarskracht-wapening in de lijven van de kokers (fig. 3). Deze dwarskracht-wapening bestaat uit geprefabriceerde wapeningsnetten. Deverticale staven eindigen eenvoudigweg als rechte staaf inboven- en onderflens, zonder omsluiting van de langswapeningin de flenzen (let speciaal op de staven 5 en 13 in fig. 3).Deze detaillering maakte het twijfelachtig of er voldoendeverband bestond tussen de drukdiagonalen en de verticale enhorizontale wapening in de lijven. In het algemeen wordtdwarskrachtwapening immers niet effectief geacht wanneer hetde drukdiagonaal niet omsluit. Dit is vergelijkbaar met beugelswaarbij het onderste, horizontale deel ontbreekt. Volgens RBBK[1] mag in dit soort gevallen niet meer dan 50% van de capaci-teit van de dwarskrachtwapening worden benut in verband metonvoldoende verankering. Omdat geen verdere bronnenbekend waren die meer informatie zouden kunnen geven, is deRBBK aangehouden. Zodoende is slechts 50% van de capaciteitvan de dwarskrachtwapening benut. Hierdoor was de dwars-krachtcapaciteit van de kokerliggers niet toereikend en moestdeze worden vergroot.ir. Hans Galjaard ROVolker InfraDesign bvir. Andrew QuansahIngenieursbureau Amsterdam1 Fly-over A9 Rottepolderpleinfoto: Peter van Nes, Van Hattum en Blankevoort2 Dwarsdoorsnede van een kokerligger3 Principe wapening in koker23themaUitwendige voorspanning in fly-over420136tussenschotnieuw beton bestaand betontussenankerschotbestaande balk omkledenmet nieuw steunpuntschot70001200 20002000BB A70001170880 1850 88050042089097026062048502250420327756420260880 1850 8806501850 150050042089097026062015006502250420350 710420260621 107015?809R=400022328114?731 960 809344281R=4000987 426 108728190R=40006?28114?25002500AANZICHT T (KOPPELDEVIATOR)SCHAAL 1 : 50AANZICHT S (KOPPELDEVIATOR)SCHAAL 1 : 50DOORSNEDE UDOORSNEDE WDOORSNEDE XBOVENAANZICHT KOPPELDEVIATOROostzijde WestzijdeTSUWX4 Geometrie uitwendige voorspanning (langsdoorsnede in de koker)5 Geometrie tussenschot bij een tussenverankeringmaakte dit echter onmogelijk. De oorspronkelijke, inwendigevoorspanning heeft immers grote spanconsoles in de kokers inde hoek tussen onderflens en lijven. De uitwendige voorspan-kabels konden of boven of tussen deze consoles worden aange-bracht. Wanneer de uitwendige voorspanning dicht bij het lijf(en dus boven de bestaande consoles) zou worden aangebracht,zou de hoek van de kabel worden gereduceerd. Dit vanwege hetafbuigpunt dat of hoger, of verder bij het steunpunt vandaanzou moeten worden aangebracht. Hierdoor zou veel meervoorspanning benodigd zijn. Op basis hiervan is besloten deuitwendige voorspankabels tussen de bestaande consoles aan tebrengen, en de reactiekrachten van de uitwendige voorspan-ning op te nemen met extra schotten in de koker (fig. 6).OntwerpOp basis van deze ontoereikende dwarskrachtcapaciteit isbesloten de kokerliggers te versterken met uitwendige voor-spanning in de kokers. Op deze manier kon het werk binneninde kokers worden uitgevoerd zonder het verkeer op en onderde kokers te verstoren. Dit had bovendien het voordeel, dat hetrisico op beschadiging door vandalisme of aanrijding een stukkleiner zou zijn en dat het uiterlijk van de constructie niet zouworden aangetast.OverwegingenDe uitwendige voorspanning is primair bedoeld om de dwars-kracht in de lijven van de kokers te reduceren. Daarom is deuitgeoefende verticale belasting door de voorspanning belangrij-ker dan de bijdrage van de normaalkracht. In het algemeen ligt demeest economische positie van de afbuigpunten voor het verster-ken op circa eenvierde van een overspanning. Voor de reductievan de dwarskracht was het belangrijk om de door de voorspan-ning uitgeoefende, verticale kracht zo groot mogelijk te maken.Dit wordt bereikt door de afstand van het afbuigpunt tot hetsteunpunt wat kleiner te kiezen dan eenvierde van de overspan-ning, en de verticale afstand tussen het afbuigpunt bij het steun-punt en het afbuigpunt in het veld te maximaliseren. Hiermeewordt het steilste verloop van de voorspankabel en daarmee degrootst mogelijke, verticale kracht verkregen (fig. 4). De minimaleafstand tussen het steunpunt en het afbuigpunt wordt daarbijbepaald door de lengte waarover de reductie van de dwarskrachtnodig is. Een kleinere afstand zal bovendien leiden tot langere enzwaardere afbuigpunten. Want als het kabelverloop steiler wordt? en daardoor ook een grotere hoek wordt beschreven bij eenafbuigpunt ?, zal de lengte van het gekromde deel van de kabel bijgelijkblijvende kromming toenemen.Uit economisch oogpunt gaat de voorkeur uit naar relatiefkleine afbuigribben die direct aan de lijven kunnen wordenbevestigd. In de eerste plaats om de omhooggerichte krachtenrechtstreeks op de lijven te kunnen uitoefenen, en ten tweedeom de inwendige krachten door de afbuigpunten zo kleinmogelijk te houden. Het originele ontwerp van de kokerliggers45Uitwendige voorspanning in fly-over 42013 76 Schema van de uitwendige voorspanning ter plaatse van een overlapping7 Testen van de ingelijmde wapening8 Controle van de locatie van de inwendige voorspanningvolledig te spannen, voordat de vijzels moesten wordenverplaatst naar de volgende sectie. Om dit te bereiken, zijn detussenschotten net zo zwaar uitgevoerd als de eindverankerin-gen. Deze eindverankeringen moesten immers in ieder gevalvoldoende capaciteit bezitten om de volledige voorspankrachtover te dragen naar de kokerligger. Analyse toonde verder aandat de meest effectieve oplossing bestond uit vier (Dywidag-)kabels met negentien strengen van 15,7 mm. Het grootste deelvan de kabels loopt door over twee velden.TussenschottenDoor de gekozen kabellay-out waren vier verschillende tussen-schotten noodzakelijk: eindschotten in het eerste en het laatsteveld, tussenschotten bij de steunpunten, tussenschotten in hetveld waar kabels worden verankerd, en tussenschotten in hetveld waar de kabels doorlopen.Er is een vergelijking uitgevoerd tussen betonnen en stalenschotten. Op basis van kosten en uitvoering is uiteindelijkgekozen voor betonnen schotten. Deze schotten zijn met inge-boorde lijmankers bevestigd aan de koker.De afbuigpunten moesten vrij groot worden in verband metenerzijds de beschikbare capaciteit van de onder- en boven-flens, en anderzijds de ruimte benodigd voor de bocht in devoorspankabel. Hierbij speelde een rol dat de capaciteit van deonder- en bovenflens gereduceerd is door de toepassing vanlichtgewichtbeton.Uitwendige voorspanningDe benodigde voorspankracht en lay-out is bepaald op basisvan de benodigde, opwaartse kracht met inachtneming vantijdsafhankelijke verliezen en wrijving. Deze verliezen bestaanvoornamelijk uit relaxatieverliezen. Door de leeftijd van deconstructie en de beperkte toename in drukspanning zijn deeffecten van kruip, krimp en elastische vervorming van hetbeton relatief klein.Voor de lay-out moest ook rekening worden gehouden met de(inwendige) afmetingen van de koker, en randvoorwaarden metbetrekking tot toegankelijkheid en installatie van de voorspan-ning. Voor de toegankelijkheid moesten voldoende, grote openin-gen in de tussenschotten worden vrijgehouden en moest een minof meer vrij pad tussen de voorspankabels beschikbaar zijn.In verband met wrijvingsverliezen was het niet gewenst om vanbegin tot eind van de koker doorlopende voorspankabels tehebben. In sommige tussenschotten moesten daarom tussen-verankeringen/overlappingen worden aangebracht (fig. 5).Daarbij was het in verband met de werkbaarheid niet gewenstom de zware voorspanvijzels voortdurend van tussenschot naartussenschot te moeten verplaatsen. Daarom moest het mogelijkzijn alle vier de kabels aan ??n zijde van de tussenverankering67 8themaUitwendige voorspanning in fly-over4201389 Wapening in een tussenschot10 Werken in een beperkte ruimteIngelijmde ankersDe bepaling van de capaciteit van de ingelijmde ankers voor debevestiging van de tussenschotten is gebaseerd op de regelsvolgens ROBK 6 [2] uitgaande van de gemeten betonsterkte.Omdat ROBK 6 de toepassing van korte ankers uitsluit, isuitgegaan van de verankeringscapaciteit van normale (inge-lijmde) wapeningsstaven. De capaciteit van ankers moet doormiddel van beproeving worden gecontroleerd. In het begin isdaarom elk 10e anker volgens [2] beproefd tot 120% van zijncapaciteit in de bruikbaarheidsgrenstoestand (foto 7). Omdatalle ankers in de eerste serie voldeden, is het beproevingsinter-val daarna verhoogd tot elk 100e anker. Van de circa 17 600aangebrachte ankers zijn er op deze wijze 218 beproefd. E?nbleek niet te voldoen.UitvoeringVoorbereidingToegang tot de kokerligger was uitsluitend mogelijk door eenmangat aan het oostelijke eind van de fly-over. Uit veiligheids-oogpunt is ??n toegang echter onvoldoende. Daarom is er eenextra toegang gemaakt in de onderflens van de koker op eenplaats zonder inwendige voorspanning. In de koker is (blij-vende) verlichting en tijdelijke ventilatie aangebracht. Inverband met de veiligheid was er ??n normale ingang waarbijconstant een veiligheidsman/portier aanwezig was, en eennooduitgang. De portier bleek niet alleen waardevol uit hetoogpunt van veiligheid, maar ook uit het oogpunt van logistiek.Hij wist precies wie en wat in de koker aanwezig was en konzodoende transportbewegingen in de nauwe koker zo veelmogelijk beperken.De afmetingen van de eind- en tussenankerschotten zijn vooreen groot deel bepaald door de ruimte benodigd om de langs-kracht van de voorspanning over te dragen naar de kokerligger.De afmetingen zijn ook bepaald door de lengte benodigd vooreen anker en de opvolgende bocht, om de goede richting tekrijgen naar het volgende tussenschot. Voor deze bocht is eenminimale krommingsstraal van 4000 mm aangehouden.Ook de voor de lijmankers benodigde ruimte ? die werdbeperkt door de boorvrije zone ter plaatse van inwendigekabels ? was bepalend voor de afmetingen van de schotten.De lengte (langs de liggeras) van een tussenschot zonder ankersbedraagt circa 1,5 m. De lengte van ??n eind- of tussenanker-schot is 2,5 m.Ter plaatse van het steunpunt was een dwarsbalk aanwezigboven op de onderflens. Die balk was echter niet bruikbaar alsondersteuning voor de uitwendige voorspanning. De afmetin-gen van het schot bij het tussensteunpunt werden ook sterkbepaald door de bocht van de kabel. Bovendien toonden bere-keningen aan, dat aan de onderzijde een trekelement noodza-kelijk was. Dit trekelement moest voor en achter de bestaandedwarsbalk worden aangebracht.De horizontale lay-out van de voorspankabels is grotendeelsbepaald door de afmetingen van de gebruikte voorspanvijzel.De krachtsverdeling in de nieuwe tussenschotten en hetaangrenzende deel van de kokerligger is bepaald met behulpvan eindige-elementenberekeningen. Uitgangspunt bij hetontwerp van de tussenschotten was daarbij, dat de belastingendoor de uitwendige voorspanning slechts tot een geringetoename van de lokaal in de koker optredende buigendemomenten mocht leiden. Alle tussenschotten zijn uitgevoerd inzelfverdichtend beton C35/45.9 10Uitwendige voorspanning in fly-over 42013 91111 Voltooide constructieVoorspanningNa het verwijderen van de bekisting zijn HDPE buizen metin-/uitwendige diameter 109/125 mm ge?nstalleerd tussen deuit de tussenschotten stekende stalen buizen. In verband metde beperkte ruimte zijn alle voorspanstrengen van buiten dekoker via een flexibele leiding in de omhullingsbuizen geduwd.Na installatie van alle strengen zijn de kabels voorgespannentot de benodigde kracht (foto 10).Ten slotte zijn de omhullingsbuizen gevuld met cementgrout.Het streven was om de omhullingsbuizen compleet vanaf ??nzijde te vullen, inclusief het deel boven het steunpunt. Inspectietoonde echter aan dat dit niet was gelukt ? er waren nog groteruimten aanwezig boven de steunpunten. Deze ruimten zijnaangeboord en ten slotte ook volledig met grout gevuld.Consequentie voor de dilatatievoegenGemiddeld is door de uitwendige voorspanning circa 1 MPaextra drukspanning aangebracht in de kokerligger. Hierdoor isde koker van 512 m lang 35 mm korter geworden. Het vast-houdpunt in lengterichting van de koker bevindt zich globaalin het midden, zodat elke dilatatievoeg circa 18 mm verderopen zou gaan staan. Aangenomen was dat de extra openinggeen probleem zou zijn voor de drievoudige voegovergang aanbeide uiteinden van de fly-over. De juistheid van deze aannamewerd tijdens uitvoering bevestigd.Samenvatting en conclusiesVersterking van de kokerliggers voor dwarskracht in de fly-overin het Rottepolderplein was noodzakelijk vanwege de detaille-ring van de aanwezige dwarskrachtwapening. Hierdoor konslechts 50% van de capaciteit van de dwarskrachtwapeningworden benut. Het ontbreken van onderzoek op basis waarvaneen verdere benutting mogelijk zou zijn, is hier mede debetaan.Externe voorspanning heeft gezorgd voor een opwaartse belas-ting en daarmee een reductie van de dwarskracht. Op diemanier is de sterkte van de fly-over gewaarborgd. LiteRAtuuR1 Rijkswaterstaat, Richtlijnen voor het Berekenen van Bestaande Kunst-werken (RBBK), juli 2004.2 Rijkswaterstaat, Richtlijnen voor het Ontwerpen van Betonnen Kunst-werken (ROBK 6), februari 2006.TussenschottenTer plaatse van de tussenschotten moesten veel ankers wordeningeboord en ingelijmd, die in conflict konden komen met deinwendige voorspanning. Om beschadigingen van de inwen-dige voorspanning te voorkomen, was de locatie hiervangemarkeerd in het gebied waar lijmankers moesten wordenaangebracht. Voor de boorvrije zone is daarbij een tolerantievan 20 mm aangehouden op de boorlocaties ten opzichte vande locatie van de inwendige voorspanning. De geometrie vande inwendige voorspanning was goed gedocumenteerd, maarals voorzorgsmaatregel is de locatie op een aantal plaatsengeverifieerd door het beton boven deze kabels zorgvuldig teverwijderen (foto 8). De locatie van de kabels bleek goedovereen te komen met de tekeningen.Voor de tussenschotten moest circa 127 000 kg wapening in dekokerligger worden aangevoerd (foto 9) ? het merendeel meteen kleine handkar (lengte kokers is 512 m). Na het vlechten,zijn tussen de wapening de gekromde stalen doorvoerbuizenvoor de voorspanning aangebracht. Deze buizen liepen doortot buiten de bekistingsschotten om de aansluiting met deHDPE mantelbuizen te vereenvoudigen, en om een juiste uitlij-ning van de ingestorte buizen te waarborgen. Na afronding eninspectie is de bekisting volledig gesloten.Ten behoeve van het storten van beton zijn ter plaatse van elktussenschot twee gaten met een diameter van 120 mm in het dekgeboord. Door deze gaten is zelfverdichtend beton C35/45 directuit de op het dek geplaatste truckmixer in de kist gepompt. Dediameter van het gat was iets groter dan de pompslang om delucht eenvoudig uit de kist te laten ontsnappen.