Proefbelasten ASR-object Zijlweg

Transcriptie

1 Proefbelasten ASR-object Zijlweg Dick Hordijk WOW ASR BIJEENKOMST Betonconstructies TU Delft 21 oktober Noord-Brabant Maasroute (20 viaducten met ASR-schade) 2

2 Noord-Brabant Proefbelasting Heidijk oktober Noord-Brabant Proefbelasting Vlijmen-Oost november

3 Noord-Brabant Proefbelasting Zijlweg juni Viaduct Zijlweg 6

4 Viaduct Zijlweg Eén rijbaan 7 Viaduct Zijlweg Monitoring gedurende vele jaren 8

5 Viaduct Zijlweg Gescheurd door ASR!? 9 Viaduct Zijlweg Zichtbaar langer geworden! 10

6 Viaduct Zijlweg Hoe staat het met de capaciteit? Heeft ASR de capaciteit gereduceerd en zo ja, is die nog voldoende? 11 Inhoud Geschiedenis viaduct Zijlweg Literatuur effect ASR op capaciteit Aanwezige scheurvorming Grootte proefbelasting Berekende capaciteit Wijze van belasten Metingen Resultaten Conclusies 12

7 Geschiedenis van viaduct Zijlweg Gebouwd in voor provincie Noord-Brabant - ontwerplevensduur 80 jaar - verkeersklasse B VOSB huidige eigenaar is RWS Beschikbare documenten Beschrijving Jaar Originele berekeningen 1965 Ontdekking van ASR 1997 Overzicht van herstelwerkzaamheden en 2002 management en onderhoudsplan Beschrijving van monitoring systeem Inspectie 2008 Bepalen materiaal eigenschappen Geschiedenis van viaduct Zijlweg ontdekking ASR - schade door ASR - veel scheuren in onderzijde in lengterichting dwarskrachtcapaciteit ter discussie vanwege: - lage treksterkte - scheurvorming - geen dwarskrachtwapening - GBV 1962 hogere dwarskrachtsterkte dan NEN6720(1995) - volgens ontwerp klasse 30 volgens VOSB en gebruik klasse 45 14

8 Geschiedenis van viaduct Zijlweg Berekeningen TNO voor dwarskracht: - eindoplegging: UC = 5,4 - middenoplegging: UC = 4,7 Vervolgens verfijnde berekeningen TNO: - 51 eenassige trekproeven en 10 splijttrekproeven - eindige-elementenmethode berekeningen - analyse van sterkte => - eindoplegging: UC = 1,29 - middenoplegging: UC = 1,31 In dezelfde periode is voor drie andere viaducten (Heemraadsingel, Wolput en Vlijmen-Oost) gerapporteerd dat de dwars-krachtsterkte 45% tot 60% van de vereiste sterkte is. 15 Geschiedenis van viaduct Zijlweg inspecties - herstelwerkzaamheden (beton, vervangen asfalt en voegen) - coating aangebracht aan bovenzijde - onderhoudswerkzaamheden installatie monitoring systeem inspecties - korte analyse van resultaten monitoren: * dikteverandering wijst op krimp * verlenging tot bijna het maximum * toename van vochtgehalte 16

9 Resultaten van monitoren 17 Resultaten van monitoren Resultaten voor diktemeting dek Omgevingstemperatuur 0,1 mm 18

10 Resultaten van monitoren Voegdikte 2 mm Bij toename temperatuur neemt voegdikte af In 10 jaar ca. 2 mm! 19 Resultaten van monitoren Vochtgehalte 20

11 Resultaten van monitoren Temperatuur dek 21 Effect ASR op capaciteit - literatuur Reststerkte als percentage van sterkte beton zonder ASR voor verschillende warden van vrije expansie Expansie 0,5 1,0 2,5 5,0 Druk 100% 85% 80% 75% Trek 85% 75% 55% 40% Institute of Structural Engineers, UK, 1992 Schatting op basis van vervorming oplegblokken: - aan iedere zijde 20 mm verlengd - totale lengte ca. 50 m - => expansie in lengterichting: 0,8 CUR 102 Gerapporteerde reductie treksterkte tussen 5% en 85% * * foute eenassige trekproeven 22

12 Effect ASR op capaciteit - literatuur Buigend moment - bezwijken drukzone - naar verwachting geen invloed ASR - toename stijfheid en langer lineair gedrag gerapporteerd - verklaring : voordruk in beton door opgespannen wapening 23 Effect ASR op capaciteit - literatuur Dwarskracht Afname, maar ook toename van capaciteit door ASR is gerapporteerd! 24

13 Effect ASR op capaciteit - literatuur Dwarskrachtcapaciteit - Ahmed e.a a/d = 3,59 - balken met en zonder beugels en met goede en slechte verankering Ahmed, T., E. Burley, and S. Rigden, The static and fatigue strength of reinforced concrete beams affected by alkali-silica reaction. Aci Materials Journal, (4): p Effect ASR op capaciteit - literatuur Resultaten: - geringere expansie in trekzone dan in drukzone door wapening - verticaal laagste expansie in balken met beugels en goede verankering - t.o.v. ongewapende balk in trekzone 74% reductie in expansie - balken bogen op passend bij verschil in expansie onder en boven - ASR balken hadden een hogere dwarskrachtcapaciteit! - Verklaring: Voorspanning in beton door ASR-expansie en wapening, waardoor interlock effect toeneemt. - Voor balken met ASR ook hogere vermoeiingsterkte gerapporteerd 26

14 Effect ASR op capaciteit - literatuur Dwarskrachtcapaciteit - Schmidt e.a soms een reductie door ASR scheuren en soms niet - in een exceptioneel geval zelfs 84% toename - in ASR brugdekken meestal een hogere dwarskrachtcapaciteit gevonden dan de berekende waarde Schmidt, J.W., et al., Novel shear capacity testing of ASR damaged full scale concrete bridge. Engineering Structures, : p Effect ASR op capaciteit - literatuur Dwarskrachtcapaciteit - Den Uijl, 2002, Stevinlaboratorium - balken gezaagd uit ASR viaduct - bezwijken bij 77% van berekende waarde zonder ASR - advies: reken met 75% reductie - voorstel voor berekening voorspanning, door ASR (presentatie van der Veen) den Uijl, J.A. and N. Kaptijn, Structural consequences of ASR: an example on shear capacity. Heron, (2): p

15 Effect ASR op capaciteit - literatuur Samenvatting - Buigend momentcapaciteit (wapening maatgevend) niet beïnvloed - Voor dwarskracht capaciteit geen duidelijkheid (zowel toename als afname) - ASR expansie resulteert in voorspanning - Eenassige treksterkte kan niet worden gebruikt en het is de vraag of de druksterkte de juiste eigenschap is voor bepaling dwarskrachtsterkte van ASR constructies 29 Effect ASR op capaciteit - literatuur Proeven op ASR viaducten - Japan: tot 80% van ontwerpbelasting okay en nagenoeg geen verschil in doorbuiging met niet ASR viaduct - Frankrijk: Reductie in stijfheid minder dan 10% - Zuid-Afrika: tot 85% van de ontwerpbelasting (meer vrachtauto s konden er niet op) lineair elastisch gedrag - Denemarken: wel reductie in druk- en splijtsterkte, maar geen reductie in dwarskrachtsterkte van het viaduct 30

16 Viaduct Zijlweg 4 overspanningen Totale lengte ca. 50 m Één rijbaan 31 Viaduct Zijlweg - wapening wapening 32

17 Viaduct Zijlweg - wapening 33 Viaduct Zijlweg ASR-scheurvorming Scheuren in langsrichting bij overgang naar voetpad Spanning onderin overspanning door eigen gewicht trek druk 34

18 Viaduct Zijlweg ASR-scheurvorming 35 Viaduct Zijlweg ASR-scheurvorming 36

19 Viaduct Zijlweg ASR-scheurvorming 37 Viaduct Zijweg Proefbelasting Twee locaties in span 4 - Buigend moment -Dwarskracht Berekeningen met DIANA (2,5D, LE) Wielprints mm x 300 mm 38

20 Viaduct Zijlweg Proefbelasting Proefbelasting voor buiging - Load Model 1 volgens NEN EC : eigen gewicht brug, slijtlaag en 100 mm asfalt - 1 vrachtwagen met twee assen van ieder 300 kn - verdeelde belasting van 9 kn/m 2 over 3 m breedte - daarbuiten 2,5 kn/m 2 - op voetpad 5 kn/m 2 Positie bepaald, waarbij buigend moment maximaal is Proefbelasting - op positie van vrachtwagen en zo groot dat het resulteert in hetzelfde buigend moment in dezelfde doorsnede 39 Viaduct Zijlweg Proefbelasting Benodigde proefbelasting voor buigend moment en verschillende veiligheidsniveaus: P tot (kn) P tot (ton) UGT EC RBK Nieuwbouw RBK Verbouw RBK Gebruik RBK Afkeur BGT

21 Viaduct Zijlweg Proefbelasting Proefbelasting voor dwarskracht - Load Model 1 en andere belastingen, zoals voor buiging Positie wielprint 2,5d vanaf oplegging en langs oplegging gerekend met gemiddelde over 4d rond piekafschuifspanning Proefbelasting - op dezelfde positie en zo groot dat het resulteert in dezelfde gemiddelde afschuifspanning 41 Viaduct Zijlweg Proefbelasting Benodigde proefbelasting voor dwarskracht en verschillende veiligheidsniveaus: P tot (kn) P tot (ton) UGT EC RBK Nieuwbouw RBK Verbouw RBK Gebruik RBK Afkeur BGT

22 Viaduct Zijlweg Proefbelasting Maximale capaciteit berekend met Modified Bond Model (Lantsoght): - Buigend moment: 3297 kn - Dwarskracht: 3025 kn Maximale waarde proefbelasting (UGT EC): - Buigend moment: 1259 kn - Dwarskracht: 1228 kn ( 40% van bezwijkbelasting) 43 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Uitzetten van vijzelposities 44

23 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten 45 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten 46

24 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten 47 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Kraan op landhoofd aan de Noordzijde 48

25 Viaduct Zijlweg Werkruimte Keet op andere eindoverspanning 49 Viaduct Zijlweg Werktijden Lange werkdagen 50

26 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Plaatsen vijzels 51 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Plaatsen stalen liggers ( klep ) 52

27 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Aanbrengen belasting 53 Viaduct Zijlweg Wijze van belasten Met vijzels belasten van het viaduct 54

28 Viaduct Zijlweg Metingen Verticale verplaatsing dek Zakking van dwarsbalk Scheurwijdte op enkele plaatsen Rekken Rotatie van de eindoplegging Akoestische emissie 55 Viaduct Zijlweg Metingen Aluminium frames als referentie voor doorbuigingsmeting 56

29 Viaduct Zijlweg Metingen LVDT s voor meten hoekverdraaiing bij oplegging Hoekverdraaiing bij oplegging 57 Viaduct Zijlweg Metingen Voeg bij landhoofd 58

30 Viaduct Zijlweg Metingen Meten over scheur 59 Viaduct Zijlweg Metingen Sensor voor Akoestische Emissie meting 60

31 Viaduct Zijlweg Metingen Laser (Lasers en LVDT s gebruikt voor meten doorbuiging) 61 Viaduct Zijlweg Metingen Rekmeting over 1 m 62

32 Viaduct Zijlweg Metingen 63 Viaduct Zijlweg Metingen Overzicht meetpunten 64

33 Viaduct Zijlweg Metingen Ook gipsbruggen aangebracht om beweging in scheuren waar te nemen 65 Viaduct Zijlweg Belastingen Dwarskracht Buigend moment Positie proefbelasting 66

34 Viaduct Zijlweg Belastingen Buigend moment Belasting als functie van tijd Dwarskracht Aangebrachte belasting: RBK nieuwbouw + 5% extra belasting 67 Viaduct Zijlweg Resultaten 68

35 Viaduct Zijlweg Resultaten Buigend moment Vrijwel geen niet-lineair gedrag 69 Viaduct Zijlweg Resultaten Buigend moment Doorbuiging 70

36 Viaduct Zijlweg Resultaten Buigend moment Belasting versus rek 71 Viaduct Zijlweg Resultaten Buigend moment Scheurwijdte als functie van belasting 72

37 Viaduct Zijlweg Resultaten Slechts op twee plaatsen liep er een scheur door de gipsbrug 73 Viaduct Zijlweg Resultaten Stopcriteria zijn niet bereikt! 74

38 Viaduct Zijlweg 3D-analyses ATENA 75 Viaduct Zijlweg 3D-analyses Vervormd model 76

39 Viaduct Zijlweg 3D-analyses Ingevoerde E: Mpa - ongescheurd beton Buigend moment 77 Viaduct Zijlweg 3D-analyses Dwarskrach t 78

40 Conclusies Met de proefbelasting - is aangetoond dat de capaciteit (buiging en dwarskracht) van viaduct Zijlweg voldoet aan eisen voor veiligheidsniveau RBK Nieuwbouw - is de kennis over proefbelasten vergroot - is inzicht in het effect van ASR-schade op het gedrag van gewapende betonconstructies vergroot 79 Conclusies In viaducten met ASR-schade, zoals Zijlweg,: - hoeft de capaciteit voor dwarskracht en buigend moment niet afgenomen te zijn - is, ondanks de vele ASR-scheuren, de stijfheid van het viaduct vrijwel niet afgenomen, hetgeen wordt verklaard door de voorspanning als gevolg van expansie en wapening - is het gedrag onder belasting tot een hoog belastingniveau vrijwel lineair De bevinding sluiten aan bij resultaten die in de literatuur zijn gerapporteerd 80

41 Met dank aan: Provincie Noord-Brabant RWS - Ane de Boer Witteveen+Bos - Frank Linthorst - Danny den Boef Mammoet - Chris Huissen - Otto Illing 81 Met dank aan: Collega's van TU Delft - Albert Bosman - Eva Lantsoght - Rutger Koekkoek -Cor van der Veen - Yuguang Yang en de studenten -Werner Vos - Arthur Ennouri 82