EVALUATIERAPPORT. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel (SVB-THT) Bouwdienst Rijkswaterstaat. Ir. Boyke M.H.

Transcriptie

1 Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Bouwdienst Rijkswaterstaat EVALUATIERAPPORT Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel (SVB-THT) Ir. Boyke M.H. Djorai Zoetermeer. oktober 1998 Bouwdienst Rijkswaterstaat Afdeling Ontwikkeling Technieken en Onderhoudsbeleid Postbus AB ZOETERMEER

2 EVALUATIERAPPORT Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel Document Versie Status Datum Plaats PBMS-nummer Opgesteld door evarap-svbtht. v2 2 Definitief 12 oktober 1998 Zoetermeer 5734 (A,B3,B5) ir. M.H. Djorai c.s. Vastgesteld door: Functionaris Naam Han.dtekening.. Opdrachtgever ing. F.J. Wermer Datum I 3 - lt.'.:.-r Bevoegd gezag Projectleider ir. K. Tjaden ir. M.H. Djorai Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT

3 EVALAUTIERAPPORT Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel INHOUDSOPGAVE Blz. Voorwoord 1. Inleiding 4 2. Implementatiefase Inleiding Fase-I: vóór het inbouwen Fase-II: tijdens het inbouwen Fase-lil: ná het inbouwen Monitoringplan 6 3. Waarnemingen Scheurvorming Vochtplekken / Lekkages Betonschaden Evaluatie Implementatiefase Beheersaspecten Gebruiksfase Conclusies en aanbevelingen Conclusies Aanbevelingen Relevante documenten/notities behorend bij dit pilotproject 17 Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 2

4 Voorwoord Voor u ligt het evaluatierapport van het pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel. Het rapport beschrijft in het bijzonder de ervaringen opgedaan in de implementatiefase van dit pilotproject. Daarnaast wordt ook aandacht besteed aan het verloop van dit project vanaf de start (iuni 1996) tot en met het formele einde van dit project Uuli 1998) met name op de (interne Bouwdienst RWS) beheersaspecten. Tenslotte wordt de monitoringsmogelijkheid van het pilotgebied in de gebruiksfase van de tunnel kort besproken Bij dit project zijn diverse partijen zowel binnen de Bouwdienst RWS alsmede buiten de Bouwdienst RWS betrokken geweest. Vooral de TU Delft, de Tunnel Combinatie Heinenoord (TCH) en het Centrum Ondergronds Bouwen (COB) moeten hierbij vermeld worden. Hierbij wil ik dan ook een ieder bedanken voor hun bijdrage aan dit project alsmede de totstandkoming van dit rapport. In het bijzonder gaat mijn dank uit naar de leden van de projectgroep SVB-THT voor de prettige samenwerking gedurende de projectperiode. Zoetermeer, 12 oktober 1998 ir. M.H. Djorai Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 3

5 1. Inleiding De Tweede Heinenoordtunnel onder de Oude Maas is de eerste geboorde verkeerstunnel van Nederland. Door de minister van Verkeer en waterstaat is deze tunnel (samen met de Botlektunnel) als proef(boor)project aangewezen. Enkele gegevens van de tunnel: boorgedeelte 950 m (2 buizen naast elkaar); buiten en binnen diameter boorgedeelte 8,3n,6 m; lengte tunnelring 1,5 m; per tunnelring 7 tunnelsegmenten plus een sluitstuk; lengte start- en ontvangstschacht ca. 200 m; de segmenten worden geprefabriceerd in traditioneel gewapend beton en heeft een sterkteklasse 845. De huidige traditioneel gewapend beton segmenten zijn voorzien van een wapeningskorf van circa 100 kg/m 3. Uit onderzoek is gebleken dat het vervangen van de wapeningskorf door staalvezels in bepaalde gevallen duidelijk voordelen kunnen bieden. Het pilotproject "Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel" had dan ook als doel het ontwerpen, produceren en implementeren (lees: inbouwen) van 16 staalvezelbetonnen ringen in de tweede buis van de Tweede Heinenoordtunnel. Op basis van een uitgebreid onderzoek (gestart in juni 1996) zijn in week 47 van 1997 bij de Schokindustrie Strukton Segmenten V.O.f. (SSS) 16 ringen in staalvezelbeton vervaardigd, waarbij de wapeningskorven van de traditioneel gewapend beton segmenten volledig zijn vervangen door staalvezels. In totaal zijn dit 112 segmenten en 16 sluitstukken. Gegevens van de toegepaste staalvezels: Merk : Dramix (met haakeinden) Lengte-Dikte verhouding (UD) : 80 ( ) Treksterkte : ca MPa. (High Carbon) Hoeveelheid : 60 kg/m 3 In het onderstaand tabel is de betonsamenstelling van zowel de traditioneel gewapend beton segmenten als van de staalvezelbetonnen segmenten weergegeven. Hieruit blijkt dat de mengselsamenstelling nauwelijks is aangepast. Traditionele segmenten Staalvezelbetonnen segmenten Cement (ENCl) 350 kg 350 kg 25% CEM I 52,5 R 25% CEM I 52,5 R 75% CEM IlilA 52,5 75% CEM III/A 52,5 water-cement factor 0,42 0,42 Toeslagmaterialen: zand 0-4 mm 39% 40% gebroken grind 4-16 mm 61% 60% maximale korreldiameter 16 mm 16 mm Hulpstof: superplastificeerder 0,9% TILMAN M6 1,0% TILMAN M6 Vezeltoevoeging: DRAMIX RC 80/60 SP wapeningskorf ca. 100 kg/m 3 60 kg/m 3 (HC) Tabel 1: Betonsamenste/lingen van traditioneel resp. staalvezelbetonmengsels Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 4

6 2. Implementatiefase 2.1 Inleiding Voordat met de implementatie kon worden begonnen zijn diverse aanvullende besprekingen uitgevoerd tussen de betrokkenen partijen bij de bouw van de Tweede Heinenoordtunnel. Er is ook een uitgebreid monitoringplan opgesteld op basis waarvan aan de implementatie vorm moest worden gegeven. Op basis van het bovengenoemd plan is op donderdag 11 juni 1998 één ring van staalvezelbeton (ringnummer 411) probleemloos ingebouwd in de tweede buis van de Tweede Heinenoordtunnel. Aansluitend aan deze ring zijn tot en met ringnummers 454 vervolgens de traditioneel gewapend betonringen ingebouwd. De staalvezelbetonnen ring werd zowel vóór, tijdens als ná het inbouwen gemonitoord op een aantal aspecten, vastgelegd in het monitoring plan voor de implementatiefase. Vooral tijdens het inbouwen van de ringnummers 412,413 en 414 zijn de invloed op ringnummer 411 goed in de gaten gehouden. Het resultaat van de ene ring gaf aanleiding om het zogenaamde "lange traject" zijnde 15 ringen van staalvezelbeton in te bouwen, welke op woensdag 17 en donderdag 18 juni 1998 heeft plaatsgevonden. Deze 15 ringen werden als volgt gepositioneerd: nummers 455 tot en met 468, vervolgens nummer 469 een traditionele ring (i.v.m. "linkse/rechtse"), waarna nummer 470 weer van staalvezelbeton. De langste aaneengesloten traject van staalvezelbetonnen ringen omvat dus 14 ringen (= 21 m). Om het inbouwproces goed te bewaken werd de implementatiefase van de pilot -in het bijzonder voor wat betreft schaden aan de betonsegmenten- als volgt onderscheiden: Fase-I: vóór het inbouwen van de staalvezelbetonnen ringen; Fase-II: tijdens het inbouwen van de staalvezelbetonnen ringen; Fase-lil: ná het inbouwen van de staalvezelbetonnen ringen. 2.2 Fase-I: vóór het inbouwen In deze fase zouden de segmenten beschadigd kunnen raken tijdens ontkisten, transport en opslag (vanuit SSS tot en met stapeling op het tasveld) en tijdens transport vanaf bouwplaats naar boorfront. De logistieke stappen waarbij schaden kunnen ontstaan zijn: 1. Inladen op vrachtwagens; 2. Uitladen op bouwplaats; 3. Transport met segmentkraan in schacht en stapeling op treinwagons; 4. Transport met treintje naar tunnelboormachine (TBM), keren en neerleggen van de segmenten op stutten van de 1 e volgwagon; 5. Transport van de segmenten met de TBM vacuümkraan en neerleggen segmenthouder. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 5

7 2.3 Fase-U: tijdens het inbouwen In deze fase kunnen de segmenten beschadigd raken tijdens het inbouwen. 6. Transport met segmenthouder onder de erector en aanbrengen van in ring; 7. Vasthouden van segment aan aanliggende segmentstenen; 8. Zetten van vijzeldrukken op segment; 9. Inschuiven sluitsteen; 10. Aanbrengen vijzelkrachten op segmenten tijdens voortgang van de tunnelboormachine (TBM) en uitdrukken van de segmenten in grond. 2.4 Fase-lil: nà het inbouwen Na het inbouwen kunnen de ringen beschadigen ten gevolge van grond-, grout- en waterdrukken. De meest kritische situatie ontstaat wanneer de ring uit het schild wordt gedrukt. Als ring x de laatst ingebouwde ring is voor de eerstvolgende boorgang, dan is ring x-2 de meest kritische ring. Dit is namelijk de eerste ring die volledig wordt belast door grond-, grout- en waterdrukken. 2.5 Monitoringplan Voor de implementatiefase van de pilot is een uitgebreid monitoringplan opgesteld met als tweeledig doel. Het primaire doel van het monitoringplan is het inbouwproces van staalvezelbetonnen segmenten in de tweede buis van de Tweede Heinenoordtunnel beheerst te laten geschieden. Hiertoe is een plaatsingsscenario gedefinieerd en zijn de ringen in een stabiele grondlaag (zo homogeen mogelijke zandlaag) gesitueerd. Op basis van een risicomatrix, die vanuit een theoretische benadering is opgesteld, maar ook op een praktische casu quo realistische wijze is beschouwd, zijn er kwantitatieve criteria opgesteld aan de hand waarvan getoetst kan worden of het inbouwproces beheerst wordt uitgevoerd en of het verantwoord is om door te gaan met het inbouwen van de staalvezelbetonnen ringen. Kortom, in het monitoringplan zijn er antwoorden geformuleerd op de volgende vragen. welke ongewenste gebeurtenissen kunnen zich voordoen? wat zijn de kansen van het optreden van een ongewenste gebeurtenis? wat zijn de gevolgen wanneer een ongewenste gebeurtenis optreedt? hoe kunnen de ongewenste gebeurtenissen, kansen en gevolgen worden geminimaliseerd en beheerst? Tenslotte zijn in het monitoringplan interventieniveau's geformuleerd, op grond waarvan men in had kunnen grijpen tijdens de implementatiefase, met als extreem geval het stopzetten van het inbouwproces van staalvezelbetonnen ringen. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EV ALU ATIERAPPORT 6

8 Het secundaire doel van het monitoringplan was een objectieve vergelijking te kunnen maken tussen de staalvezelbetonnen en de traditioneel gewapende betonnen segmenten door middel van een duidelijk omschreven meetprogramma. Hierdoor kan een evaluatie van de praktische ervaringen en een terugkoppeling met de theorie worden bewerkstelligd om uiteindelijk uitspraken te kunnen doen met betrekking tot de geschiktheid van het materiaal voor toepassing in boortunnels. Voor alle duidelijkheid: de staalvezelbetonnen segmenten waren niet geïnstrumenteerd. Metingen zijn visueel en met de hand uitgevoerd. Een speciaal voor dit pilotproject geformeerde team bestaande uit medewerkers van de Bouwdienst RWS, TU Delft en de aannemerscombinatie TCH (Tunnelcombinatie Heinenoord) was belast met het uitvoeren van metingen en het begeleiden van het inbouwproces van de staalvezelbetonnen ringen. 3. Waarnemingen Zowel vóór, tijdens als nà het inbouwen van de staalvezelbetonnen ringen zijn de volgende aspecten gemonitoord: o Scheurvorming; f) Vochtplekken / Betonschaden. 3.1 Scheurvorming In het proefproject van 15 staalvezelbetonnen ringen en in 10 traditioneel gewapende ringen daarvoor en daarachter is tijdens het inbouwen van de segmenten en tijdens de verschillende boorgangen een aantal malen scheurvorming waargenomen. Deze scheurvorming werd geconstateerd bij segmenten die aan de onderzijde van de tunnelboormachine (TBM) werden geplaatst, d.w.z. achter vijzelparen 6, 7, 8 en/of 9. Vanwege de grotere water- en korreldrukken aan de voet van de TBM, die onder een stijgende helling moest boren, waren de vijzeldrukken hier dan ook groter dan bovenin de ring. Bepaalde scheuren waren volgens onderzoek ook verwacht. In het afstudeeronderzoek van de heer B. Kückelkorn (TU Delft, december 1997) wordt aangetoond dat met name de kopsplijtspanningen tussen de vijzelschoenen in (zie figuur 1) tot scheurvorming kunnen leiden. Doordat er echter sprake is van een opgelegde vervorming werd verwacht dat na scheurvorming een herverdeling van spanningen zou optreden, waardoor de scheurwijdten beperkt zouden blijven. Dit bleek ook te gebeuren in de praktijk. Nadat de ringen echter buiten de TBM waren gedrukt, werden de scheuren dichtgedrukt te zijn door de normaaldrukkracht in de ring als gevolg van de grond-, grout- en waterdrukken. De scheuren waren hierdoor nauwelijks meer zichtbaar. De volgende waargenomen scheurvormingsprocessen zijn te onderscheiden: langsscheuren t.g.v. kopsplijtspanningen; langsscheuren t.g.v. primaire splijtspanningen onder de middelste vijzelschoen. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUA TIERAPPORT 7

9 ±36oo i boutpockets primaire splijtspanningen 0 0 ~ I I --.-l Figuur 1: Splijtspanningen in segment t.g.v. vijzeldrukken tijdens inbouwen en tijdens boorgang lld i I 350 I! Ten gevolge van de kopsplijtspanningen ontstonden er in de onderste segmenten doorgaande scheuren in ongeveer de helft van de staalvezelbetonnen ringen (zie figuur 2). Ook bij de traditioneel gewapend beton ringen werd deze scheurvorming waargenomen. Scheurwijdten bij de staalvezelbeton segmenten bleven echter beperkt tot 0,3 mm, terwijl bij traditioneel gewapende segmenten scheurwijdten tot 0,8 mm gemeten zijn. In één staalvezelbetonnen segment en in een aantal traditioneel gewapende segmenten groeide een dergelijke scheur echter door (zie figuur 3). Dit is mogelijk het gevolg van een relatief groot verschil in voegopenstand over de langsvoeg en een ongelijkmatige ondersteuning van het segment door de laatst ingebouwde ring. Uit de verrichtte metingen is ook duidelijk gebleken dat voegopenstanden aan de boorfrontzijde, dus aan de zijde waar de vijzels zich afzetten, groter zijn dan aan de zijde van de voorgaande ring (het tulpeffect). Wanneer het segment vervolgens niet gelijkmatig ondersteund wordt door de vorige ring zal een buigend moment ontstaan in het 'vlak' van het segment. Omdat in de langsvoeg aan boorfrontzijde vaak nog voldoende ruimte aanwezig is om te kunnen vervormen, is geen verdere scheurgroei mogelijk. 200 '---. kopsplijtscheuren.~ i \ kopsplijtscheuren boutpockets bou~ckets Figuur 2: Scheurvorming ter plaatse van de boutpockets als gevolg van kopsplijtspanningen ~. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 8

10 - / boutpockets :1:3600 o o I ' 200 i 160i 1 -- : ' I i ---r I I i ~I Figuur 3: Scheurgroei als gevolg van kopsplijtspanning en buiging door voegopenstand en ongelijkmatige ondersteuning Het tweede scheurvormingsproces werd waargenomen achter de middelste vijzelschoen. Hier ontstond meestal één en soms twee splijtscheuren die tot aan de tweede conusgat (centerpocket) doorgroeide (zie figuur 4). De gemeten scheurwijdten na inbouwen bleven hier eveneens beperkt: w max < 0,2 mmo 200 ~ primaire splijtscheur ~ boutpockets 9 ~ boulpockets o ~; -1 Figuur 4: Scheurgroei als gevolg van splijtspanningen achter middelste vijzelschoen.160: >---' i 350, r---- Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 9

11 3.2 Vochtplekken I Lekkages Bij de staalvezelbetonnen segmenten zijn in tegenstelling tot de traditioneel gewapende beton segmenten vooral vochtplekken waargenomen bij de conusgaten. Bij een tweede inspectie van de geïnventariseerde vochtplekken t.p.v. de conusgaten (na 5 dagen) was het merendeel van de vochtplekken nog aanwezig. Ook kwamen vochtplekken voor bij enkele boutpockets, ringvoegen en ter plaatse van een sluitsteen. Dit was echter niet significant meer dan bij de traditioneel gewapend betonnen segmenten. In bijna alle"vochtplekgevallen" was er slechts sprake van 'zweten'. Slechts eenmaal was er een lek te constateren. Hierbij stroomde een straaltje vanaf de sluitsteen langs de ring omlaag (zie figuur 5). Naar alle waarschijnlijkheid functioneerde het afdichtingsrubber t.p.v. de sluitsteen hier niet goed en is deze lekkage niet te wijten aan het toepassen van staalvezelbeton. De zogenaamde zweetplekken bij de boutpockets (figuur 6) zijn mogelijk het gevolg van doorgaande scheuren die ontstaan zijn t.g.v. kopsplijtspanningen tussen de vijzelschoenen. De 'lekkages' bij de conusgaten zijn daarentegen moeilijker te verklaren. Een beschadiging van of nabij de conusgaten zou veroorzaakt kunnen worden door de erector. Een andere mogelijkheid is dat er scheurvorming is opgetreden aan de buitenzijde van het segment. Verder kan ook het fabricageproces van invloed zijn geweest op de betonkwaliteit en permeabiliteit ter plaatse. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUA TIERAPPORT 10

12 Figuur 5: Lekkage bijs/ljitsteen Figuur 6: Voch(plekbij conusgat 3.3 Betonschaden Slechts bij één staalvezelbetonnen segment uit ringnummer 411 is hoekschade geconstateerd op het tasveld bij de tunnel. Deze schade nabij het afdichtingsprofiel is (naar alle waarschijnlijkheid) ontstaan bij uitladen vanaf de vrachtwagen. Daarnaast is ook in de tunnel één hoekschade geconstateerd dat naar alle waarschijnlijkheid is ontstaan als gevolg van het afzetten van de vijzel op het uiteinde van het segment (zie figuur 7). Deze schade bevond zich echter niet in de buurt van het afdichtingsprofiel, maar aan de binnenzijde van de lining hoekschade ~~, -I,fJ~' '. ~.." I. ~ ti boutpockets boutpockets./ 0. 0' ~i Figuur 7: Hoekschade als gevolg van afzetten van vijzels i ~~21 / afdichtingsprofiel i' 350 _.I ~_._--- Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 11

13 4. Evaluatie 4.1 Implementatiefase Aan het stortoppervlak van de staalvezelbetonnen segmenten steken enkele vezels uit tot maximaal 1 mmo Om te voorkomen dat deze puntjes de rubberen staartafdichting beschadigen zijn de staalvezelbetonnen segmenten voorzien van een epoxy-coating aan de buitenzijde (= het stortoppervlak). De scheuren, die zijn waargenomen in de staalvezelbetonnen segmenten, zijn herkenbaar en treden op dezelfde plaatsen op als bij de traditioneel gewapende segmenten. Optredende scheurwijdten zijn in de meeste gevallen echter kleiner in staalvezelbeton. Zij bleven dan ook beperkt tot een maximaal gemeten waarde van 0,3 mmo Nadat de ring uit de boormachine is gedrukt en de volle belasting van grond en grout dus op de Iining werkt, worden de scheuren echter weer dichtgedrukt. Overigens ontstaan bijna alle scheuren op het moment dat de vijzels worden afgezet op de segmenten tijdens inbouw van de ring of tijdens de eerste boorgang naarmate de vijzeldruk toeneemt. Na de tweede inspectieronde van het traject van de vijftien staalvezelbetonnen ringen en van het monitoringtraject van traditioneel gewapende beton ringen bleek dat vochtplekken bij de conusgaten niet optreedt in het traject met traditioneel gewapende beton ringen. Daarentegen zijn in het traject met staalvezelbeton wel vochtplekken t.p.v. conusgaten te vinden. De spiraalwapening ter plaatse van de conusgaten in de traditioneel gewapende segmenten lijkt geen overbodige luxe te zijn. In het traject van de traditioneel gewapende ringen is driemaal een betonschade ontdekt in een segment naast de sluitsteen. Hierbij bleken schollen te zijn afgesprongen en/of excessieve scheurvorming te zijn opgetreden. De traditionele wapening werd zodoende blootgesteld aan zuurstof en vocht. Om corrosie tegen te gaan is reparatie hier dus noodzakelijk. In de staalvezelbetonnen ringen is dit schadetype niet waargenomen. Dit is mogelijk het gevolg van het feit dat dit detail in geval van staalvezelbeton sterker is dan bij de traditioneel gewapende segmenten. De hoeveelheid vochtplekken, die is geconstateerd ter plaatse van de ringvoegen, is in het geval van staalvezelbeton groter dan voor de traditioneel gewapende ringen. Dit is moeilijk te verklaren omdat de buitenzijde van de Iining niet geïnspecteerd kan worden. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 12

14 4.2 Beheersaspecten Het prospect van het pilotproject is op 8 mei 1996 opgesteld en geaccordeerd. De planning zag er als volgt uit: Start: 19 juni 1996 (projectopdracht); Einde: 31 juli 1997 (overdracht definitieve beslisrapporten C.q. de ontwerpnota's). Het project is, voor wat betreft de uitwerking, in drie stappen verdeeld: Stap 1 VOORONDERZOEK Start: september 1996 einde december 1996 Te leveren product: Geleverd product: Geraamde kosten: Werkelijke kosten: State of the art report State of the art report (TU Delft, nr ) ,- incl. btw ,- incl. btw Stap 2 HOOFDONDERZOEK Start: januari 1997 Einde: juli 1997 Werkelijke einde: september 1997 (uitloop 2 maanden) Fasen: Globaalontwerpnota, TU Delft Stortproef van een segment bij de SSS Laboratorium/experimenteel onderzoek aan de TU Delft Experimenteel onderzoek aan de TNO Bouw (proef afschuifgedrag van de staalvezelbetonnen nokken) Concept definitief ontwerpnota, TU Delft Second opinion door Adviesbureau ir. J.G. Hageman BV. op het concept definitief ontwerpnota Het definitief ontwerpnota, TU Delft Te leveren producten: Definitief ontwerpnota inclusief resultaten experimenteel onderzoek Geleverde producten Definitief Ontwerp, TU Delft. Rapportnummer Laboratoriumonderzoek, TU Delft. Rapportnummer Opmerking: In deze rapporten zijn de resultaten van de SSS- en de TNO proef alsmede opmerkingen van Bureau Hageman verwerkt. Geraamde kosten van het totale "Deel Hoofdonderzoek" was gepland op ,- incl. btw. Hierbij waren go / no go beslispunten opgenomen, zijnde: Fase A: Globaal ontwerp Fase B: Experimenteel/ Laboratorium onderzoek Fase C: Definitief ontwerp Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 13

15 Bij de opstelling van de kostenraming voor het "Deel Hoofdonderzoek" is slechts rekening gehouden met kosten gemoeid aan de TU Delft. Deze kosten waren in totaal f , + f ,- (resp. voor de fasen A, Ben C) = f ,- inclusief btw. Lopende het project zijn de volgende (onvoorziene) kosten bij het "Deel Hoofdonderzoek" bijgekomen: Stortproef bij de SSS Afschuifproef nokken bij de TNO-Bouw Second opinion Buro Hageman Totaal 7.088,-; ,-; 8.225,-; ,- incl. btw. Dit leverde een totale kostenpost hoofdonderzoek van: f ,- incl. btw. De definitieve rapporten werden aan de opdrachtgever (de heer F.J. Wermer) in september 1997 overhandigd, waarmee het hoofdonderzoek feitelijk werd afgerond. Stap 3 IMPLEMENTATIE Op basis van het eindadvies is het implementatietraject ingegaan. In november (week 47) 1997 zijn 16 ringen (dat zijn 112 segmenten en 16 sluitstukken c.q. sluitstenen) in staalvezelbeton geproduceerd. Bij de bespreking inzake het implementatietraject aan de hand van de definitieve rapporten in september 1997 (om tot productie van de segmenten over te gaan) werd besloten een onderzoek te laten uitvoeren naar de vezeloriëntatie/-verdeling. Parallel aan de initiatie van dit aanvullend onderzoek zijn in november ringen in staalvezelbeton bij de Schokindustrie Strukton Segmenten v.o.f. (SSS) geproduceerd. Het aanvullend vezeloriëntatieonderzoek werd door de TU Delft uitgevoerd in de periode december 1997tot en met maart De kosten aan dit onderzoek bedroeg: f ,- incl. btw. en was ook onvoorzien. In het implementatietraject zijn er diverse correspondenties verricht met de verzekeringsmaatschappij. Ook zijn er aanvullende besprekingen gevoerd met externe deskundigen. Desalniettemin besloot de verzekeringsmaatschappij deze pilot niet te verzekeren. De resultaten van de 2 e meetring (in het kader van K100 en COB meetprogramma) bleken echter significante verschillen te vertonen dan was voorspeld. Hierdoor werd het wenselijk geacht om de TU Delft te vragen een controleberekening op de staalvezelbetonnen segmenten uit te voeren met als uitgangspunt de snedekrachten voortkomend uit de 2 e meetring. Deze opdracht is door de TU Delft in mei 1998 uitgevoerd en de bevindingen in een notitie vastgelegd. De kosten van deze opdracht bedroeg f.3.610,- incl. btw. en was feitelijk eveneens onvoorzien Het resultaat gaf alsnog geen aanleiding om van implementatie af te zien. Op basis van de resultaten van het totale onderzoek is door de Bouwdienst RWS uiteindelijk besloten de implementatie van deze pilot door te voeren en dus zelf de mogelijke risico's te dragen. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 14

16 De beslissing heeft ertoe geleid dat op 11, 17 en 18 juni 1998 de implementatie op basis van een monitoring plan heeft plaatsgevonden en dus de 16 staalvezelbetonnen ringen in de tweede buis van de Tweede Heinenoordtunnel zijn ingebouwd. In het onderstaand tabel is een overzicht weergegeven van de uiteindelijke kosten aan deze pilot ten behoeve van inkoop extern. FASEN Plan Realisatie VOORONDERZOEK f ,-* f ,- HOOFDONDERZOEK & IMPLEMENTATIE f ,- f ,- TOTAAL ft I.119,- f ,- *) bedragen inclusief BTW {.} ).000~,,= Tabel 2: Extern (gemaakte) kostenoverzicht De geplande en gerealiseerde interne capaciteit voor deze pilot is in het onderstaand tabel weergegeven. Het tabel geldt voor de periode 20 juni 1996 tot en met 21 september FASEN Plan Realisatie VOORONDERZOEK 200 uren 109 uren HOOFDONDERZOEK & IMPLEMENTATIE 600 uren 646 uren TOTAAL 800 uren 755 uren Tabel 3: Interne capaciteitsoverzicht 5. Gebruiksfase Hoewel er feitelijk geen aanleiding voor is, is er voorziening getroffen om ook in de gebruiksfase (in de toekomst), indien gewenst, de mogelijkheid te hebben de staalvezelbetonnen ringen te kunnen monitoren. In ringnummer 462 is in de bekleding een afneembaar "luik" (zogenaamd inspectie-opening) aangebracht. Hierdoor is het mogelijk om deze staalvezelbetonnen ring te inspecteren. De afmeting van deze inspectie-opening/kast is 0,76 x O,76m2 (hoogte x breedte); hart van deze kast bevindt zich op 1,28 m boven wegdek. De deur is afsluitbaar en de sleutel wordt bewaard in de technische ruimte. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 15

17 6. Conclusies en Aanbevelingen 6.1 Conclusies Op grond van de resultaten van dit pilotproject (vooronderzoek, hoofdonderzoek & implementatie) kan worden gesteld dat de proef met staalvezelbeton als toepassing in tunnelsegmenten voor de Tweede Heinenoordtunnel zondermeer is geslaagd. Betonschaden zijn nauwelijks opgetreden. Met name het detail bij de sluitsteen lijkt minder gevoelig voor schaden dan in geval van traditioneel gewapend betonnen segmenten. Vochtplekken en lekkages ter plaatse van de conusgaten treden echter regelmatig op, in tegenstelling tot de traditioneel gewapende ringen, waar in het monitoringtraject geen vochtplekken waarneembaar zijn. Daarnaast is ook het aantal vochtplekken ter plaatse van de ringvoegen groter dan bij de traditioneel gewapende ringen. Op grond van de beheersaspect "kosten extern" kan worden geconcludeerd dat er een overschrijding van ca. s» % heeft plaatsgevonden t.o.v. de geplande kosten. Deze kostenoverschrijding is vooral te verklaren aan het karakter van dit project (innovatieproject), waardoor alle denkbare risico's in feite tot een minimum moest worden beperkt met als gevolg extra kosten. Ook gaandeweg het project bleek bepaalde aspecten binnen het project nader aandacht te verdienen, welke tijdens het schrijven c.q, opstellen van het projectplan niet waren voorzien. De geplande capaciteit viel binnen de gangbare marges. 6.2 Aanbevelingen In het onderzoek is geen aandacht besteed aan de optimalisatie van het staalvezelbetonmengsel. Het verdient aanbeveling om een mengseloptimalisatie voor verdere toepassing alsnog uit te voeren. Ook aan het stortoppervlak dient nader aandacht besteed te worden, zodat de extra bewerking (in casu het aanbrengen van een epoxy-laag) achterwege kan blijven. Het ontwerp van de geplaatste staalvezelbetonnen segmenten is gedicteerd door het traditioneel gewapende segmentontwerp van de Tweede Heinenoordtunnel. Er dient te worden onderzocht in hoeverre aanpassing van de details, zoals de conus- en boutgaten, het ontwerp voor staalvezelbetonnen segmenten kan verbeteren, zodat deze zwakkere doorsneden van het segment in de uitvoering niet meer leiden tot vochtplekken. Tenslotte dient het aspect brandwerendheid nader onderzocht te worden alvorens staalvezelbeton in snelverkeerstunnels of spoorwegtunnels kan worden toegepast. Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 16

18 7. Relevante documenten/notities behorend bij dit pilotproject. 1. Staalvezelbeton in de linings van boortunnels, een state-of-the-art. Rapportnummer , december 1996 (TU DelftlBouwdienst RWS). 2. Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel, het concept ontwerp. Rapportnummer , mei 1997 (TU Delft). 3. Pilotproject SVBTHT. Experimenteel onderzoek naar het afschuifgedrag van ringvoegdeuvels van staalvezelbeton. TNO-rapport 97-CON-R 1336, oktober Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel, laboratoriumonderzoek en definitief ontwerp. Rapportnummer , juli 1997 (TU Delft). 5. Tweede Heinenoordtunnel Second opinion toepassing staalvezelbeton. Notitie Adviesbureau ir. J.G. Hageman BV., 28 juli Eindadvies voor de implementatie van het pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel. M.H. Djorai, Zoetermeer, 3 september Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel, het laboratoriumonderzoek. Rapportnummer , juli 1997 (TU DelftlBouwdienst RWS). 8. Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel, het definitief ontwerp. Rapportnummer , juli 1997 (TU Delft/Bouwdienst RWS). 9. Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoord Tunnel, voorkeursoriëntatie vezels t.g.v. productieproces. Rapportnummer , maart 1998 (TU Delft/Bouwdienst RWS). 10. Beantwoording van de brief d.d. 11 december 1997 met als kenmerk betreffende Toepassing staalvezelversterkte betonringen, behandeld door meneer/mevrouw L. Eekhof van de verzekeringsmaatschappij. Svb-tht7.24, Zoetermeer, 26 januari Toepassing van staalvezelbetonnen segmenten in de Tweede Heinenoordtunnel. MEMO ir. M.H. Djorai, Zoetermeer, 25 maart Notitie: Controle van staalvezelbetonnen segmenten THT op snedekrachten uit de 2 e meetring. Ir. A.G. Kooiman, TU Delft, 28 mei Kostenvergelijking tussen staalvezels en traditionele wapening. Kopie Hoofdstuk 7 van het afstudeeronderzoek aan de TU Delft van dhr. M. Krullaars getiteld: Staalvezelbeton voor prefab tunnelelementen. BSW-R-97-28, Utrecht 30 oktober Pilotproject Staalvezelbeton in de Tweede Heinenoordtunnel EVALUATIERAPPORT 17