Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 2 van 17. Documentnummer: A9-OGLS-BER Revisie: 1.0 Opsteller: Ing. S.J.C. Kunst Datum:

Transcriptie

1

2 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 2 van 17 DOCUMENT HISTORIE Revisie Omschrijving/belangrijkste wijzigingen. Datum 0.1 Eerste opzet Definitief VERSTREKKINGSLIJST Functie Naam Taak

3 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 3 van 17 Inhoud 1 Samenvatting / Aandachtspunten Samenvatting Aandachtpunten DO V & G Risico s Uitvoeringsgerelateerde aspecten Eisen Algemeen Inleiding Locatie Doel van het document Scope Uitgangspunten Referentiedocumenten Vormgeving Toegepaste materialen Geotechnische randvoorwaarden Berekeningswijze & Modellering Berekeningswijze / toegepaste programmatuur Belastingen Eigen gewicht - Permanente belastingen Veranderlijke belastingen Bijzondere belastingen Vermoeiing Belastingfactoren en combinaties Belasting- en momentaan factoren Belastingcombinaties Uiterste grenstoestand Bruikbaarheidstoestand Bijzondere belasting combinaties Vermoeiing Resultaten van de berekening BIJLAGE 1: Windbelasting op scherm

4 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 4 van 17 1 Samenvatting / Aandachtspunten 1.1 Samenvatting Geluidsscherm 07 heeft een hoogte van 3 meter ten opzichte van de weg. Voor de fundering is uitgegaan van een enkel paalsysteem. Dit rapport heeft betrekking op het ontwerp van de bovenbouw van het geluidsscherm. Met de bovenbouw worden de onderdelen bedoeld die in het geluidsscherm zijn opgenomen, inclusief de paalkop. Het scherm bestaat uit betonelementen, welke op een hart op hart afstand van 6 meter, met stalen stijlen worden ondersteund en het scherm staat 10 achterover. De stijlen zijn op hun beurt gekoppeld aan een funderingsconstructie, die bestaat uit: 1. een holle stalen buispaal Ø 610 / ,5, waarin aan de bovenzijde een gewapende betonvulling is opgenomen voor de koppeling met de ankers. De geotechnische onderbouwing van de fundering en de keuze van het paalsysteem van dit scherm, is uitgewerkt in Funderingsberekening scherm met rapport nummer: A9-OGWW-BER Onderdeel afmetingen Staalsoort Opmerkingen Scherm aardenbaan Schermhoogte > 3,05 m Stijl Voetplaat Ankers HE200A l x b = 410 x 340 ; t = 45 mm M30 S355 S Lengte afhankelijk van paal of poer als fundering Scherm op Kunstwerk Stijl Voetplaat Ankers HE180A l x b = 395 x 420 ; t = 45 mm M42 S355 S Lengte n.t.b. door constructeur kunstwerk 1.2 Aandachtpunten DO In deze stand van het DO ontwerp dient rekening te worden gehouden met: 1. Onduidelijkheid met betrekking tot de normgeving die voor een vermoeiingstoets aangehouden moet worden. De ROK geeft een zwaarder belastingspectrum vanuit de windbelasting dan de GCW-2007/2012, maar geeft aan rekening te mogen houden met de windroos. De ROK is aangehouden voor de vermoeiingstoets op geluidscherm onderdelen die op de kunstwerken worden geplaatst en de GCW is van toepassing verklaard voor geluidschermen in de aardenbaan. Er is geen reductie van het belastingspectrum aangehouden onder invloed van een windroos, zodat de vermoeiingstoets op de kunstwerken in voldoende mate conservatief is uitgevoerd.

5 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 5 van V & G Geen bijzondere aandachtspunten op het V&G vanuit dit ontwerprapport. 1.4 Risico s nvt 1.5 Uitvoeringsgerelateerde aspecten 1. Aan te houden uithardingstijd van de betonnen delen aanhouden op 28 dagen, indien deze korter gewenst zijn dient hiervoor contact met de constructeur opgenomen te worden. 2. De wapening van de prefab elementen zijn vastgesteld voor de gebruiksfase, wapening ten behoeve van transport en montage dient de leverancier nader te toetsen en zo nodig aan te vullen. 3. De ondersabeling dient minimaal van kwaliteitsklasse K50, omdat deze constructief wordt meegenomen en relatief zwaar wordt belast. 1.6 Eisen In dit hoofdstuk zijn de eisen vanuit het contract overgenomen, welke voor het constructieve ontwerp van toepassing zijn en in dit rapport worden aangetoond. Tabel 1: Eisen gesteld vanuit het contract Ver-ID / Eis-ID Eis tekst Is eis opgenomen in rapport? Aangetoond [Ja/Nee] V / A Voor geluidsschermen op aardebaan geldt veiligheidsklasse 2 Ja, zie hoofdstuk 6 Ja, zie ho.7 V / A Voor geluidsschermen op kunstwerken geldt veiligheidsklasse 3 Ja, zie hoofdstuk 6 Ja, zie ho.7 V / A Geluidsscherm dient alle van toepassing zijnde belastingen conform [ROK] over te kunnen dragen naar het kunstwerk. Ja, zie hoofdstuk 5 Ja, zie ho.7 V / A Geluidsscherm dient ten minste gedurende 50 jaar alle van toepassing zijnde belastingen te kunnen dragen, conform [ROK] Ja, zie hoofdstuk 5.4 Ja, zie ho.7 V / A Geluidsscherm dient ten minste gedurende 50 jaar alle van toepassing zijnde belastingen te kunnen dragen, conform [CROW 251]. Ja, zie hoofdstuk 5.4 Ja, zie ho. 7

6 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 6 van 17 V / E Daar waar op de bovenbouw van KW_A9_Hoofdvaart kunstwerk geluidsschermen zijn geprojecteerd dienen de functies van de leuning te worden overgenomen door het betreffende geluidsscherm. Ja, zie hoofdstuk 5.2 Ja, zie ho.7

7 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 7 van 17 2 Algemeen 2.1 Inleiding Op het huidige tracé van de rijksweg A9 door Badhoevedorp spelen reeds lange tijd milieu-, leefbaarheids-, en congestieproblemen door de ligging midden in Badhoevedorp. Als gevolg van de ligging zijn er veiligheids- en gezondheidsrisico s aanwezig. Het Rijk en de regionale Partijen achten het daarom noodzakelijk dat ter verbetering van de bereikbaarheid, leefbaarheid en de ruimtelijke en economische ontwikkeling de omlegging van de A9 bij Badhoevedorp wordt gerealiseerd. Scherm 07 Afbeelding 1: Nieuw A9 tracé, inclusief locatie scherm 07 Langs het tracé zijn geluidsschermen voorzien. Dit rapport bevat de ontwerpberekeningen van de fundatie geluidsscherm 7 dat loopt vanaf kilometrering tot kilometrering Het scherm is 3,2 meter hoog over een totale lengte van circa 553 meter. Vanwege een verschuiving van het scherm is op basis van een akoestische berekening berekend dat het scherm maximaal 0,55 m hoger moet worden dan in onderstaande afbeelding is vermeld en de totale schermhoogte dus maximaal 3,55 m bedraagt. In het traject waarover het geluidsscherm loopt zijn twee specials aanwezig. Ter plaatse van de kruising met de Schipholweg en de kruising met de verbinding A9 Amstelveen naar A4 Den Haag zijn boogconstructies in de aardebaan voorzien (KW 3 en KW 13).

8 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 8 van Locatie Afbeelding 2: Geluidsscherm 07, aangegeven met oranje stippellijn 2.3 Doel van het document Dit document bevat de uitgangspunten, randvoorwaarden en eisen die gesteld zijn aan de bovenbouw van geluidsscherm 07. Op basis daarvan worden de geluidscherm-elementen gekozen, welke in ref.[3] zijn berekend. 2.4 Scope In dit document zijn de constructieve randvoorwaarden van het geluidsscherm bepaald, op basis daarvan is de samenstelling van de verschillende geluidsscherm elementen gekozen. De modulaire geluidsschermonderdelen zijn in rapport ref.[3] opgenomen. Indien van toepassing, is in deze rapportage ook de scherm-specifieke eisen verificatie opgenomen, oftewel de resterende eisen-verificatie die niet voor de afzonderlijke onderdelen in rapport ref.[3] zijn opgenomen. Dit rapport bevat de belasting gegevens die voortkomen vanuit het geluidsscherm, hiermee kan het ontwerp gemaakt worden voor: 1. de geotechnische funderingsconstructie, voor de vaststelling van de funderingsdiepte voor het verticale- en horizontale- draagvermogen van de palen

9 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 9 van 17 3 Uitgangspunten De geldende normen en richtlijnen zijn overeenkomstig met de ontwerpbasis, documentnummer: A9- OGLS-ONO Referentiedocumenten [1] A9-OGWW-RAP Ontwerpbasis DO Geluidsschermen [2] A9-OGWW-BER Funderingsberekening scherm [3] A9-OGLS-BER Constructieve berekeningen geluidsschermonderdelen [4] CROW 298 (GCW 2012) Richtlijnen Geluidbeperkende Constructies langs Wegen december 2012 [5] ROK Richtlijn Ontwerp Kunstwerk v1.2 [6] Eurocode /NB Grondslagen van het constructief ontwerp [7] Eurocode /NB Belastingen op constructies Volumieke gewichten [8] Eurocode /NB Belastingen op constructies Windbelasting [9] Eurocode /NB Ontwerp en berekening van betonconstructies - Algemeen [10] Eurocode /NB Ontwerp en berekening van staalconstructies Algemeen [11] Eurocode /NB Ontwerp en berekening van staalconstructies verbindingen [12] Eurocode /NB Ontwerp en berekening van staalconstructies Vermoeiing 3.2 Vormgeving Afbeelding 3: Vormgeving scherm 07

10 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 10 van Toegepaste materialen Tabel 2: Beton Onderdeel sterkteklasse Opmerkingen Paalkop C30/37 ondersabeling K50 Scherm panelen C45/55 Tabel 3: Staal Onderdeel sterkteklasse Opmerkingen Profielen S355 Wapening B500B Buispalen S355 Ankers M8.8 Ondersabeling minimaal gelijkwaardig aan onderliggend beton toepassen, omdat de spanningen in ondersabeling relatief hoog zijn tgv de excentrische ankerplaatsing. Daarom is er voor constructieve krimparme mortel gekozen. Toepassen Cuglaton Tiksomortel K50 og. 3.4 Geotechnische randvoorwaarden Er worden in dit rapport geen geotechnische uitgangspunten gehanteerd. Het ontwerp is namelijk opgedeeld in een constructief en een geotechnisch ontwerp. Toetsingen van verplaatsingen en/of funderingskrachten, waarbij wel geotechnische randvoorwaarden gelden, wordt verwezen naar ref. [2] en [3]. De krachten die in ref.[2] worden gehanteerd, zijn in principe vanuit deze rapportage of ref. [2] overgenomen.

11 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 11 van 17 4 Berekeningswijze & Modellering De berekening van het geluidsscherm is opgesplitst in twee delen. Er is een ontwerpberekening opgesteld met behulp van een Excel rekenblad ref.[3] bijlage 1, waarmee het dimensies van de schermstijlen van alle geluidsschermen in dit project zijn bepaald. Dit blad geeft een overzicht van de hoogteligging van het geluidsscherm ten opzichte van het omliggende maaiveld, waarmee de windbelasting op het scherm is vastgesteld. Samen met de hart op hart afstanden van de stijlen is daarmee de krachtswerking op de stijlen bepaald. Met deze krachtswerking zijn de stijlen getoetst op de (buig-) spanningen in de profielen en de optredende doorbuiging, maar dient dit overzicht als basis informatie voor de krachtswerking op onderliggende constructie onderdelen, zoals funderingsconstructies of dekconstructies van kruisende kunstwerken. Op basis van de vastgestelde constructieve randvoorwaarden van geluidsscherm 07 wordt de samenstelling het scherm gekozen vanuit de verschillende modulaire geluidsschermonderdelen die in rapport ref.[3] zijn opgenomen. In rapport referentie [3] zijn er detailberekeningen en toetsingen opgenomen van de geluidscherm onderdelen van geluidsscherm A9. Deze onderdelen bestaan uit: o Stijlen; o Voetplaten, inclusief verankering en ondersabeling; o Paalkoppen, inclusief gewapende betonvulling; o Poeren; o Betonpanelen; o Koppeling betonelementen met de stijlen; o Aangelaste nokprofielen aan de stijlen bij verspringende plinthoogte 4.1 Berekeningswijze / toegepaste programmatuur AxisVM12 versie R2i Eindige Elementenprogramma Excel 2010 Spreadsheet programma Codeform / Codeproof 2014 rekenblad module

12 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 12 van 17 5 Belastingen 5.1 Eigen gewicht - Permanente belastingen Het eigen gewicht en permanente belasting van scherm 07 is nader uitgewerkt in rapport ref. [3]. Voor beton geldt een soortelijk gewicht van 25 kn/m 3 en voor de stalen onderdelen 78,5 kn/m Veranderlijke belastingen De scherm specifieke windbelasting is bepalend voor de keuze van modulaire geluidsscherm onderdelen. De windbelasting op het geluidsscherm wordt gebaseerd op een totale hoogte van het scherm boven omliggend terrein van 16,7 meter. Het hoogste terreinniveau van het scherm is namelijk +8,15 m NAP en omliggend maaiveld is aangehouden op -5,0 m NAP. Het geluidsscherm is 3,55 meter hoog. De standaard windbelasting is overeenkomstig een schermgedeelte D, zoals aangegeven is in Afbeelding 4. Verder geldt, evenals voor alle andere geluidsschermen, de volgende uitgangspunten: 1. Waarschijnlijkheid van één keer in de 50 jaar, oftewel 0,02; 2. Windgebied 2; 3. Categorie onbebouwd; 4. Helling talud is 1:2 5. Afstand scherm tot zijkant talud is 2,5 m; overeenkomstig [4] en [8] bepaald, de uitwerking hiervan is opgenomen in ref. [3] bijlage 1. Voor het geluidscherm wordt geen rekening gehouden met een verhoogde windbelasting van de randzones ter plaatse van de scherm beëindigingen, omdat deze onder een geleidelijke helling van 1:8 wordt afgebouwd naar minimaal 1,0 m hoogte. Ter plaatse van deze afbouw wordt een stijlafstand van 4 m toegepast, zodat deze stijlen niet zwaarder worden belast en derhalve ook verder niet getoetst hoeven te worden. Voor het gehele scherm is daarom rekening gehouden met wind-zone D conform [4] en [8] figuur 7.19 Afbeelding 4: Windbelasting conform fig van Opmerking: Het scherm heeft conform het contract een leuningfunctie ter plaatse van Kunstwerk 1. Dit betekent dat er conform ref.[6] een lijnbelasting opgenomen moet kunnen worden van 0,8 kn/m.

13 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 13 van 17 Deze belasting is in ieder geval opneembaar, omdat deze ondergeschikt is aan de windbelasting (circa 1,5 kn/m 2 ) en overeenkomstig ref.[6]-nb A2.2.2 ook niet gelijktijdig met andere variabele belastingen gecombineerd hoeft te worden. 5.3 Bijzondere belastingen Er zijn conform [4] geen bijzondere belastingen, zoals bijvoorbeeld aanrijdbelasting, van toepassing op het geluidsscherm. 5.4 Vermoeiing De vermoeiingsbelasting op het geluidsscherm dient overeenkomstig de GCW (scherm in berm) en ROK (scherm op kunstwerk) getoetst te worden. Hiermee wordt aangetoond dat het scherm in staat is om 50 jaar de veranderlijke windbelasting op te nemen. Zie uitwerking in ref.[3] bijlage 10 en 10b.

14 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 14 van 17 6 Belastingfactoren en combinaties 6.1 Belasting- en momentaan factoren De belasting en momentaanfactoren worden ontleend aan de ontwerpbasis. De partiële belastingsfactoren zijn gebaseerd op: Gevolgklasse: CC2 voor het scherm in de berm CC3 voor het scherm op de kunstwerken Betrouwbaarheidklasse: RC2 Referentieperiode: 50 jaar Voor de sterkteberekening dienen de volgende partiële belastingsfactoren in rekening te worden gebracht. Tabel 4: Partiële belastingfactoren, NEN EN 1990 NB ; tabel NB Belastingcombinaties De vergelijkingen ten behoeve van de belasting combinaties worden ontleend aan de ontwerpbasis. De uitwerking van de combinaties volgt hieronder Uiterste grenstoestand Voor STR en GEO grenstoestanden, wordt conform [6] de minst gunstige van de twee volgende formules aangehouden: Volgens de Nationale Bijlage van [6] geldt er voor = 0,89 Voor het geluidsscherm betekent dit dat de volgende belastingcombinaties van toepassing zijn: Afhankelijk van de gevolgklasse CC2 (voor het scherm in de aardenbaan) of CC3 voor het scherm op de kunstwerken, geldt er bij een referentie periode van 50 jaar een factor K fi = 1,0 voor CC2 en K fi = 1,1 voor CC3. De maatgevende belastingcombinaties voor het geluidsscherm in de aardenbaan worden daarmee:

15 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 15 van 17 De maatgevende belastingcombinaties voor het geluidsscherm op het kunstwerk worden daarmee: Opmerking: Dit scherm vervult ook een leuningfunctie. In de belastingcombinatie is deze niet meegenomen, omdat deze belasting ondergeschikt is aan de windbelasting en overeenkomstig ref.[6]- NB A2.2.2 niet gelijktijdig met andere variabele belastingen gecombineerd hoeft te worden Bruikbaarheidstoestand Voor de toetsing van de horizontale uitbuiging is de karakteristieke combinatie van toepassing. Karakteristieke- combinatie volgens NEN-EN 1990+NB verg. 6.14b Voor de scheurwijdte toetsing in beton is de frequente combinatie maatgevend. Frequente- combinatie volgens NEN-EN 1990+NB verg. 6.15b Ten behoeve van de toetsing op vervorming en duurzaamheid, wordt het geluidsscherm getoetst met de volgende belastingcombinatie: Bijzondere belasting combinaties Bijzondere belastingcombinaties zijn niet van toepassing op het geluidsscherm Vermoeiing De combinatie voor vermoeiing wordt beschreven door onderstaande formule:

16 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 16 van 17 Belastingcombinatie vermoeiing overeenkomstig NEN-EN 1992 verg 6.69 In bovenstaande formule is Qfat de van toepassing zijnde vermoeiingsbelasting. Dit is dus de windbelasting. Gezien het feit dat er geen andere frequent optredende variabele belasting aanwezig is, is deze combinatie gelijk aan de karakteristieke combinatie in paragraaf 6.2.2

17 Omlegging A9 Badhoevedorp Pagina 17 van 17 7 Resultaten van de berekening Zoals eerder in hoofdstuk 4 deze rapportage is vermeld, zijn alle modulaire geluidsscherm onderdelen in rapport ref.[3] uitgewerkt. Op basis van de specifieke constructieve randvoorwaarden van geluidsscherm 07 is het geluidsscherm uit deze onderdelen samengesteld. De belangrijkste constructieve randvoorwaarden zijn in onderstaand overzicht samengevat: 1. De maximale weghoogte is 8,15 m +NAP en omliggend maaiveld is -5,0 m NAP en de maximale schermhoogte is 3,55 m. => relatieve hoogte van scherm ten opzichte van omliggend maaiveld is 8,15 (-5) + 3,55 = 16,7 m. Volgens bijlage 1 werkt er dan een windbelasting van Q wind =8,11 kn/m op de stijlen (hoh afstand 6,0 m). De gekozen schermonderdelen zijn gebaseerd op een relatieve hoogte van 17 m ten opzichte van het omliggende maaiveld (zie ref.[3], Q wind = 9 kn/m), zodat gesteld kan worden dat de gekozen onderdelen een extra constructieve reserve bezitten van circa 11,0% 2. Funderingstype mono-piles ,5 en ,5 3. Ter plaatse van viaduct kw 13 is de afbouw van het scherm voorzien. Dit betreft een op staal gefundeerde betonconstructie, de uitwerking hiervan is opgenomen in ref. [3] Afbeelding 5: Schermbeeindiging tpv KW12

18 BIJLAGE 1: Windbelasting op scherm 07

19 Project: Onderdeel: Document: Revisie: Bijlage: Omlegging A9 Geluidscherm BER Windbelasting op scherm 06 (NEN-EN / NB ) Situatie "Talud" 3.4 Karakteristieke waarden De waarschijnlijkheid van een jaarlijkse bestaan basiswindsnelheid: prob Geen waarschijnlijkheid Met waarschijnlijkheid p 0.02 (0<p<1) NEN Modellen / 5.3 Windkrachten Art. 4.2 Basiswaarden zone Gebied I Gebied II Gebied III Gebied I: Markermmer, IJsselmeer, Waddenzee, Waddeneilanden en de provincie Noord-Holland ten noorden van de gemeenten Heemskerk, Uitgeest, Wormerland, Purmerend en Edam-Volendam; Gebied II: het resterende deel van de provincie Noord-Holland, het vasteland van de provincies Groningen en Friesland en deprovincies Flevoland, Zuid-Holland en Zeeland; Gebied III: het resterende deel van Nederland. cat 0 II III 0. Zee of kustgebied aan zee II. Onbebouwd gebied III. Bebouwd gebied z 3.05 [m] de hoogte boven maaiveld Ho. 4 - Berekening basis windsnelheid 4.2 ( Cdir = 1 / Cseason = 1 / K = 0.2 / n = 0.5 ) v b 27 [m/s] de basiswindsnelheid, vastgesteld als een functie van windrichting en seizoen op 10 m boven maaiveld met terreincategorie II H 4.3 [m] de effectieve hoogte van het obstakel (Figuur A.1-A.3) L u 8.6 L d X 2.5 [m] [m] [m] de werkelijke lengte van de helling aan loefzijde van windrichting (Figuur A.1-A.3) de werkelijke lengte van de helling aan lijzijde van windrichting (Figuur A.3) de horizontale afstand van de locatie tot de heuveltop (Figuur A.2-A.3) Kiezen doorsnede orografie: a Doorsnede aan loefzijde voor alle orografie Doorsnede aan lijzijde voor kliffen en steile taluds Doorsnede aan lijzijde voor heuvels en bergkammen Bijlage A.3 Numerieke berekening van orografiefactoren s de orografielocatiefactor c 0 z de orografiefactor Windbelasting geldend voor geluidsscherm 06.cfs Blad: 1 van 2

20 Project: Onderdeel: Document: Revisie: Bijlage: Omlegging A9 Geluidscherm BER Terrein ruwheid Opmerking "De berekening werd aangehouden voor het terrein categorie 2" c r z z is de ruwheidsfactor [m] is de ruwheidslengte 4.4 Windturbulentie I v z de turbulentie-intensiteit op hoogte "z" z min 4 [m] minimum hoogte v m z [m/s] Winddruk op scherm q p z 1 7 I v z vm z 2 q p z 761 [N/m 2 ] C p_net 1.3 CsCd 1.1 hoh stijl 6 [m] Windbelasting per m' op de stijlen: Q w CsCd C p_net q p z hoh stijl [kn/m 2 ] Windbelasting geldend voor geluidsscherm 06.cfs Blad: 2 van 2