Muzikaal trio: harp, citer, luit

Transcriptie

1 Drie bruggen over de Hoofdvaart, Haarlemmermeer Muzikaal trio: harp, citer, luit Ze staan er nu nog wat verlaten bij, in het uitgestrekte landschap van de Haarlemmermeer. Maar de bruggen zijn dan ook ontworpen voor de toekomst, verklaart Santiago Calatrava. Het zijn stadse bruggen die vooruitlopen op de verstedelijking die de Haarlemmermeer een ander aanzien zullen geven. Boven alles is het de Spaanse toparchitect erom te doen geweest de kruisingen met de Hoofdvaart tot een belevenis te maken, voor wandelaars, fietsers en autobestuurders. De schuin geplaatste pylonen zijn van verre al te zien. foto: gemeente Haarlemmermeer prof. ir. W. Hoeckman Wim Hoeckman is projectdirecteur bij Victor Buyck Steel Construction, Eeklo (B) en docent aan de Vrije Universiteit Brussel (B) In het vlakke polderlandschap vallen de drie tuibruggen onmiddellijk op door hun schuin geplaatste pylonen, die als immense speren de bodem zijn ingepriemd. De brugdekken zijn aan deze pylonen opgehangen met tuikabels, die een speels geometrisch lijnenspel volgen. De voorste kabels lopen bij alledrie de bruggen waaiervormig vanuit de pyloon naar het brugdek. De achterste kabels zijn zo geschikt dat voor het oog een hyperbolische vorm ontstaat. Het beeld van tuien en pylonen vertoont overeenkomst met snaarinstrumenten, zodat het geen verwondering wekt dat de bruggen de namen Harp, Citer en Luit kregen. Bij het ontwerp heeft ontwerper Santiago Calatrava onder meer inspiratie gevonden in het lied van de zanger Jacques Brel Le plat pays ( Mijn vlakke land ), waarin hij kathedralen de enige bergen noemt die in het landschap oprijzen. Ook vormen de pylonen een symbool voor de noeste arbeid die ongeveer honderdvijftig jaar geleden werd verricht bij het droogleggen van de Haarlemmermeerpolder. Verder gaat de schuine stand terug op de molenwieken in de landschapsschilderijen van de zeventiende-eeuwse Hollandse meesters. Het ontwerp verwijst dus rechtstreeks naar het land dat op het water is gewonnen. Vormgeving Calatrava is een meester in het spelen met krachten. Hij brengt tot uitdrukking hoe de zwaartekracht op de bruggen werkt; meer zelfs, het is alsof hij de door de zwaartekracht opgeroepen spanningen voor eeuwig heeft vastgelegd in een silhouet van een gestolde beweging. De drie bruggen verschillen in overspanning en algemene constructieve vormgeving. Elke brug heeft één symmetrievlak, wat bijdraagt aan de evenwichtige verschijningsvorm. De Harp heeft nog het meest de verschijningsvorm van de klassieke tuibrug, die ten opzichte van de pyloon in evenwicht wordt gehouden door de verticale belastingen op het brugdek en de verankering in de fundering. Dit basisprincipe is ook zichtbaar bij de Citer en de Luit, maar daar zorgt de excentrische ondersteuning van de brugdekken voor een extra spannend beeld. Deze spanning komt ook in constructieve zin tot uitdrukking. Om vervormingen door de uiteindelijke krachtverdeling te compenseren, zijn in de hoofdliggers en pylonen bouwzegen aangebracht. Bij de hoofdliggers zijn deze zegen niet alleen in verticale richting, maar ook in torsie en voor de Citer zelfs in horizontale richting aangebracht. Hoewel alle onderdelen bijzonder slank zijn, is er toch een zekere gradatie: de tuien zijn het slankst omdat deze alleen trekkrachten overbrengen. De pyloon is iets kloeker, vanwege de grotere totale belasting maar vooral wegens de knikstabiliteit. Tenslotte zijn er de wegdekken die op buiging en torsie werken. Ondanks de slankheid van de brugdekken en de pylonen is het staalverbruik niet hoger dan bij vergelijkbare bruggen. Natuurlijk zit er flink wat staal in de pylonen, maar dat is eigen aan een tuibrug. Kenmerkend aan Calatrava s werkwijze is dat hij de rol van elk dragend onderdeel analyseert en op een zeer eigen manier vormgeeft. 35

2 Drie landmarks voor Haarlemmermeer De gemeente Haarlemmermeer ondergaat langzaam maar zeker een gedaantewisseling. Het vlakke polderlandschap krijgt nieuwe functies, met nieuwe woningen in Vinexwijken, de daarmee samenhangende infrastructuur, de vijfde baan van Schiphol en de aanleg van diverse bedrijfsterreinen. Haarlemmermeer wil de eenentwintigste eeuw ingaan als een gemeente die zich kenmerkt door verandering, uitdaging, ambities en kwaliteit. In de notitie Polderplaatsen is een aantal markante punten in de gemeente aangegeven waar de beoogde kwaliteit maximale kansen kan hebben. Hiertoe behoren de kruisingen over de Hoofdvaart bij Toolenburg, de Nieuwe Bennebroekerweg en de Noordelijke Randweg bij Nieuw-Vennep. De overigens onbevaarbare Hoofdvaart vormt de historische ruggengraat van de polder. Op 13 juli 1999 besluit de gemeente Haarlemmermeer de Spaanse architect Santiago Calatrava opdracht te geven om (schets)ontwerpen te maken voor bruggen over de ongeveer 15 m brede Hoofdvaart op deze drie kruisingen. Het moeten opvallende landmarks worden met een sterke uitstraling. Eerder dan functionele verbindingen moeten de bruggen letterlijk worden opgevat als kunstwerken. De architectonische vormgeving leidt tot sterk uiteenlopende beoordelingen. In elk geval weerspiegelen de kunstwerken de huidige stand der techniek en ontsnapt Haarlemmermeer aan de middelmaat. In december 2001 begint de bouw van de bruggen. De oplevering vindt plaats begin 2004, de officiële inhuldiging door koningin Beatrix op 1 juli foto: A. Karchmer Gekeken langs de hoofdvaart, zijn de drie bruggen achter elkaar zichtbaar: Harp, Citer en Luit. Uitgangspunt daarbij zijn de vormen in het menselijk lichaam. Veel vormen doen denken aan botten of een ruggengraat, waarbij de tuien als het ware de spieren zijn die deze bijeenhouden. Zoals bij veel van zijn bruggen hebben ook de Harp en Citer een lichtspleet tussen de beide kokerliggers van het brugdek, wat de slankheid ervan benadrukt en de ruimte onder de brug minder donker maakt. De geleiderails en leuningen, opgebouwd uit buizen en kabeltjes van roestvast staal, zijn uitnodigend naar de voetganger toe gebogen. Een minutieus uitgedachte verlichting zorgt voor een bijzonder feeëriek nachtelijk spektakel. Pylonen Alle pylonen hebben een cirkelvormige doorsnede waarbij de diameter verandert over de lengte. Die is het grootst nabij het midden; het bovenste uiteinde eindigt in een punt. De grootste pyloon, die van de Harp, heeft een diameter van 2 m in het midden. Elke pyloon is opgebouwd uit conische segmenten van zo n 2,5 m lengte elk, die alle stomp aan elkaar zijn gelast. Deze lengte is zo gekozen dat de afwijking tussen de beoogde vloeiende vorm en de werkelijke geknikte vorm aan het buitenoppervlak minder dan 2 mm bedraagt, wat niet waarneembaar is. De pyloonwand bestaat uit platen van 8 tot 100 mm dik, nodig om de normaalkrachten te kunnen opnemen. De inwendige kromtestraal van de dikste platen bedraagt slechts 400 mm. De conische elementen zijn gevormd op een zetbank. Volgens het ontwerp van Calatrava zou de pyloon in doorsnede op een Mercedes-ster lijken; de drie platen binnen de ronde doorsnede zouden dienen voor de aansluiting van de kabels en om de ronde doorsnede te verstijven. Deze vorm bleek echter niet geschikt om de pyloon op een industrieel verantwoorde wijze te bouwen, binnen een economisch aanvaardbaar aantal uren. Daarom werd in het uitvoeringsstadium, op aangeven van de staalbouwer, gekozen voor één enkele centrale plaat in de as van de brug. Deze doorsnede is eenvoudiger te fabriceren en levert voldoende verstijving, gezien de dikte van de pyloonwand. Alle tuikabels sluiten op deze centrale plaat aan, die vervolgens de krachten afgeeft aan de pyloonwand. Aan de centrale verstijvingsplaat is voor elke tuiverankering een plaatconstructie gelast, onder de betreffende hoek tussen tui en pyloon. De tuien sluiten immers onder verschillende hoeken op de pylonen aan, zowel in plattegrond als in zijaanzicht. De tolerantie op deze hoek bedroeg slechts 1. Deze verankeringsconstructies zijn aangebracht op de centrale plaat voordat de conische segmenten van de pyloonwand eromheen zijn gebouwd. Per verankering steekt slechts één plaat buiten de pyloonwand; hieraan is de tui met een penen-gatverbinding bevestigd. Hoofdliggers De hoofdliggers van Harp en Citer bestaan uit kokers, die het wegdek dragen. De wegdekken zijn opgebouwd uit een vlakke stalen plaat, die aan de onderzijde is verstijfd met T-vormige langsliggers. Aan de bovenzijde zijn de weg- dekken voorzien van stiftdeuvels die ervoor zorgen dat een hybride staal-beton doorsnede ontstaat. De onderflens is gekromd en in bepaalde, aan druk onderworpen, zones eveneens verstijfd. De gekromde onderzijde is typerend in het werk van Calatrava. Ook in de door hem ontworpen Europabrug over de Loire in Orléans (F) bijvoorbeeld zien we dezelfde wiegvorm (zie Bouwen met Staal 160). Anders dan bij normale kokerbruggen, waar de dwarsverstijvingen meestal zijn vormgegeven als vakwerk- of raamwerkconstructies, is hier gekozen voor dwarsschotten in vlakke, volle plaat. Deze dienen om de kokers vormvast te maken en om de door de tuien uitgeoefende krachten en de verticale belastingen in de koker in te leiden. De dwarsschotten staan op een onderlinge afstand van 2,07 m bij de Harp en en 2,40 m bij de Citer; pal boven de onderliggende weg is deze tussenafstand teruggebracht tot 0,69 m om weerstand te bieden aan mogelijke aanrijdbelastingen. Aan de hoofdliggers zijn ter hoogte van de verstijvingsschotten uitkragende I-vormige consoles bevestigd die de fietspaden ondersteunen. De wegdekken van deze fietspaden maken gebruik van dezelfde vlakke stalen bovenplaat van de kokers. Het brugdek van de Luit is anders opgebouwd. Op een centrale buis van grote diameter zijn, op regelmatige afstanden en aan weerszijden ervan, I-vormige uitkragende liggers bevestigd. Op deze liggers zijn breedplaten gelegd, waarop het betonnen wegdek is gestort. Tuikabels De tuikabels hebben een diameter van 20 tot 36 BOUWEN MET STAAL 181 DECEMBER 2004

3 foto: A. Karchmer De vormgeving van de bruggen is ook s avonds een lust voor het oog. Dit is een opname van de Citer. Technische gegevens Afmetingen Harp overspanning 142,83 m, breedte 18,84 tot 20,23 m; pyloon 83,94 m lang, helling 49,25 Afmetingen Citer fly-over overspanning 148,80 m, breedte 6,46 m; hoofdbrug overspanning 20,10 m, breedte 36,90 m; pyloon 61,86 m lang, helling 59 Afmetingen Luit overspanning 26,25 m, breedte 13,085 m; pyloon 48 m lang, helling 50 Profielen platen 8 tot 100 mm dik (S355J2G3) Staalverbruik Harp ton, Citer ton, Luit 240 ton Conservering staal drielaagsverfsysteem eindlaag polyurethaan wit RAL mm en zijn van het volledig-gesloten type. Zo n kabel is van binnen opgebouwd uit ronde draden, terwijl de buitenste laag bestaat uit draden met een Z-vormige doorsnede. Die zorgen ervoor dat het buitenoppervlak van de tui glad en gesloten is. Aan beide uiteinden zijn verankeringen gemaakt in de vorm van sockets. Aan de pyloon wordt de tui bevestigd met een socket met gaffelverbinding (pen-en-gat) die aansluit op de platen in de pyloon. Onderaan sluit elke kabel aan het wegdek aan met een regelbare cilindrische socket met uitwendige schroefdraad. De kabel loopt door een beschermings- en geleidingsbuis; de kracht wordt afgedragen door een op de schroefdraad gedraaide moer. Neopreenvullingen tussen de kabel en de geleidingsbuis verhogen de demping voldoende om kabeltrillingen doeltreffend te verhinderen. Fabricage en montage De ingewikkelde geometrische vormen van de wegdekken en pylonen vormden een uitdaging voor de staalbouwer. Zo waren de hoofdliggers met hun complexe vormen niet op een praktische manier in smallere delen te scheiden met bouwplaatsvoegen. Daarom zijn deze in volle breedte gefabriceerd en aangevoerd. Niet direct een voor de hand liggende keuze als de grootste stukken 9,7 m breed zijn en de werkplaats in België ligt. De hoofdliggers zijn in moten tot 20 m over water aangevoerd tot een speciaal daarvoor gebouwde loskade in Leimuiden, zo n 20 km van de bouwplaats. Het laatste traject werd s nachts met uitzonderlijk vervoer uitgevoerd waarbij de reisweg zorgvuldig moest worden gekozen. Hier en daar moest een verkeersbord of pergola tijdelijk worden verwijderd. De pylonen werden over de weg aangevoerd in zo lang mogelijke stukken. De montage gebeurde met (opbouw)kranen. Omdat de aangevoerde stukken alleen aan de westkant van de Hoofdvaart konden worden gelost, was voor de Harp een 800-tons kraan nodig om ze over de Hoofdvaart te kunnen tillen. Alle aangevoerde stukken werden op tijdelijke hulpondersteuningen gemonteerd. Die hebben op paalfunderingen van stalen buizen, omdat de ondergrond door de aanwezigheid van veen sterk zou kunnen zetten. Zoals bij elke tuibrug dient de spanprocedure, oftewel de volgorde van aanbrengen en aanspannen van de kabels, minutieus te worden opgesteld en uitgewerkt. Deze bepaalt immers de uiteindelijke inwendige krachts- en spanningsverdeling, en de geometrische vorm. Het aanspannen gebeurde met de geometrische methode, dat wil zeggen vervormings- (ofwel verlengings-)gestuurd. Bij deze methode worden de tuien aangespannen tot een vooraf berekende lengte wordt bereikt. Uiteraard werd ook de aanwezige kracht in elke tui gecontroleerd. Het rekenwerk gebeurde middels een 3D rekenmodel (ANSYS). Behoudens enkele uitzonderingen lukte het elke kabel in principe slechts éénmaal te moeten aanspannen. Na het aanspannen van de tuikabels restte nog de afwerking. Het behoeft geen betoog dat daaraan bij deze designbruggen de hoogste eisen zijn gesteld. Projectgegevens Locatie Kruisingen Hoofdvaart bij Toolenburg, Nieuwe Bennebroekerweg en Noordelijke Randweg, Haarlemmermeer Opdracht Gemeente Haarlemmermeer Directie vof Three bridges over the Hoofdvaart (Arcadis, Hoofddorp en Santiago Calatrava, Zürich (CH)) Ingenieur en Architect Santiago Calatrava, Zürich (CH) Aannemer staal Victor Buyck Steel Construction, Eeklo (B) Aannemer civiel vof Dekker, Krabbendam - VOBI, Vinkeveen - van der Horst, Varik Tuikabels Tensoteci, Milano (I) Spanprocedure en werkplaatstekeningen Iv-Infra, Papendrecht Data start ontwerp 1999, start bouw december 2001, oplevering en ingebruikneming lente 2004 Alle tekeningen in dit artikel zijn gemaakt door het bureau van Santiago Calatrava. 37

4 Harp De Harp in Nieuw-Vennep heeft met 143 m de samen, onder verschillende hoeken. Het is dan grootste overspanning van het drietal. Deze ook geen wonder dat dit een enorm complexe brug overspant de Hoofdweg West, de Hoofdvaart en de Hoofdweg Oost. In elke rijrichting aantal verstijvingen aangebracht, waarvan knoop is. Binnen in de kokers is er een groot is er één rijbaan en een afgeschermde strook buitenaf gelukkig niets te zien valt. voor voetgangers en fietsers. De brug is op beide landhoofden opgelegd Voor elke rijrichting bestaat het brugdek uit een met pendelconstructies, omdat bij bepaalde gesloten kokerligger met een gekromde onderflens. Op de bovenflens van het wegdek is een krachten kunnen ontstaan. belastingscombinaties opheffende reactie- betonplaat gestort. Beide kokerliggers zijn met elkaar verbonden met koppelliggers in de vorm van een samengesteld T-profiel. Uitkragende dwarsdragers, eveneens in samengesteld T-profiel, vormen de ondersteuningen van de voet- en fietspaden. De uiteinden van deze dwarsdragers zijn met elkaar verbonden door een doorlopend buisprofiel. In het deel van de brug met de grootste overspanning liggen de tuikabels alle in één verticaal vlak, in de lengte-as van de brug. Hier sluiten ze aan op de koppelliggers tusen beide weghelften. In het achterste gedeelte sluiten de kabels aan op de randbuizen die buiten de fietspaden lopen, zodat de kabels hier twee vlakken vormen. De tuien zijn aan het brugdek bevestigd met in de constructie ingebouwde doorvoerbuizen. Een onopvallende, sierlijke afsluitkap verhindert het indringen van regenwater. De 84 m lange pyloon steunt af op het wegdek. De verticale component van de drukkracht wordt naar de fundering geleid via een verticale, kegelvormige steun. Deze stalen steun is onderaan opgelegd op een stalen taats, die is ingestort in de fundering. De horizontale component uit de pyloon wordt opgenomen door de beide kokerliggers. Bij de ontmoeting van de pyloon en het wegdek komen grote krachten S. Calatrava 38 BOUWEN MET STAAL 181 DECEMBER 2004

5 Aanzicht. Schaal 1 : Doorsnede. pyloon centrale verstijvingsplaat t = 100 mm randbuis ø 356x25 uitkraging voetpad T-profiel kokervormig wegdek hemelwaterafvoer betonnen wegdek langsverstijving T-profiel centrale buis ø 711x80 kegelvormige mantel voetplaat t = 350 mm taats Doorsnede over de wegdekken. Tuiverankeringen in het wegdek. foto s: A. Karchmer Centrale steun met inwendige verstijvingen. 39

6 Citer De Citer in Bennebroek is een combinatie van twee bruggen. Constructief levert dat de zeer ongebruikelijke oplossing waarbij de beide brugdekken via de tuien in evenwicht worden gehouden; de ene brug vormt het contragewicht van de andere. Op een uitgekiende wijze heeft Calatrava het evenwicht tussen beide in de vormgeving uitgedrukt. Het is alsof het samenstel een beweegbare brug vormt. De pyloon staat op een centrale pijler die tegelijk de fly-over ondersteunt. Zowel het brugdek van de fly-over als de pyloon rusten excentrisch op deze steun. Meest opvallend is de fly-over met zijn 149 m overspanning en sterke hellingen. Deze ligt evenwijdig aan de Hoofdvaart en overspant de nieuwgebouwde Bennebroekerweg. De fly-over is bedoeld voor lokaal verkeer; daarvoor volstond één rijstrook voor beide richtingen. Verkeerslichten aan beide kanten van de brug regelen het verkeer. Fietsers en voetgangers mogen tegelijkertijd in beide richtingen over de brug. Constructief is de fly-over vergelijkbaar met de Harp. Ook hier is het brugdek opgebouwd uit een stalen koker met gekromde onderzijde, waaraan uitkragende liggers zijn bevestigd voor de ondersteuning van het fietspad. Een verschil met de Harp is dat het brugdek hier aan één zijde, dus asymmetrisch, door de tuien wordt ondersteund. Hierdoor ontstaan grote torsiekrachten in het brugdek. De tuikabels sluiten aan op de randbuis van het brugdek en lopen waaiervormig uit vanaf de pyloon. Loodrecht op de fly-over ligt de laaggelegen hoofdbrug. Deze ligt maar net boven het water en overspant in 20 m de Hoofdvaart. In beide rijrichtingen zijn er drie voorsorteervakken en een vluchtstrook. Voor elke rijrichting is er een kokervormig brugdek, ook hier verbonden door I-vormige koppelliggers. Daaraan zijn de tuien bevestigd die de hoofdbrug dragen. aquarellen: S. Calatrava foto: A. Karchmer 40 BOUWEN MET STAAL 181 DECEMBER 2004

7 Aanzicht fly-over. Schaal 1 : Aanzicht hoofdbrug. hemelwaterafvoer leuning betonnen wegdek gelaste verbinding pyloon vangrail lichtbak betonnen randelement uitkraging voetpad T-profiel kokervormig wegdek centrale pijler Doorsnede fly-over en centrale pijler. Schaal 1 : 100. De fly-over en de hoofdbrug houden elkaar in evenwicht. Montage van de pyloon. foto: A. Karchmer foto s: W. Hoeckman 41

8 Luit Overzicht rotonde Toolenburg. foto s: A. Karchmer Stalen wegdekconstructie. Het brugdek van de Luit in Toolenburg verschilt van beide andere bruggen. In plattegrond omvat deze brug twee wegdekken van elk 26 m overspanning, één voor elke rijrichting. Aangezien deze brug deel uitmaakt van een rotonde, zijn beide brugdekken horizontaal gekromd. De pyloon vormt als het ware de wijzer van de weegschaal tussen de beide brugdekken. Uniek is dat de pyloon niet verbonden is met de brugdekken; hij staat er midden tussen, op een betonnen uitkraging. Samen met de achtertuien omsluit de pyloon een ruimte die kan dienen als ontmoetingsplaats. Een trapvormig, open auditorium daalt af naar de Hoofdvaart. Het primaire dragende element van elk brugdek is een rechte buis waarop aan beide zijden I-vormige dwarsdragers van verschllende lengten uitkragen. Op deze dwarsdragers is een betonplaat gestort. De tuien waaraan de brugdekken hangen, verlopen waaiervormig en zijn aan de brugdekken bevestigd via een randbuis. De achterste kabels zijn verankerd in een hoefijzervormig landhoofd. S. Calatrava Dwarsdragers met randbuis. foto s: W. Hoeckman 42 BOUWEN MET STAAL 181 DECEMBER 2004

9 Aanzicht. Schaal 1 : Perspectief tuiconstructie. leuning betonnen randelement randbuis ø 194x7 dwarsdrager samengesteld -profiel centrale buis ø 1016x70/50 Tuiverankeringen: details en montage. vangrail betonnen wegdek verankeringsbuis ø 324x16 tui ø 30 Doorsnede wegdek. Schaal 1 : 100. centrale plaat Socket met gaffel bij pyloon. Volledig gesloten tuikabel. foto s: W. Hoeckman afdekkap demper mantelbuis socket met M20 koppelligger Verankering aan wegdek. 43