Fietsen over de Zuid-Willemsvaart. Nieuwe fietsbrug sluit aan op brug in Bruistensingel over Zuid-Willemsvaart. thema

Transcriptie

1 thema 1 Nieuwe fietsbrug sluit aan op brug in Bruistensingel over Zuid-Willemsvaart Fietsen over de Zuid-Willemsvaart Om het fietsverkeer vanaf Rosmalen naar s-hertogenbosch (door Fietsersbond uitgeroepen als Fietsstad 2011) op een veilige en ongestoorde manier de Empelseweg en Laaghemaal te laten kruisen, is gekozen een fietsbrug aan te leggen. De gekromde brug wordt in twee fasen en vier secties gerealiseerd FIietsen over de Zuid-Willemsvaart

2 ir. Remco Mast en ing. Jochem Verbaan Volker InfraDesign bv / WillemsUnie v.o.f. ing. Peter de Gunst PMSE Arcadis Nederland bv / WillemsUnie v.o.f. 1 Artist s impression zijaanzicht fietbrug vanuit Empelseweg (zuidzijde) 2 Overzicht fietsbrug; Vogelvlucht gezien vanuit het oosten, kijkend richting het nieuwe kanaal zijde s-hertogenbosch Bruistensingel Empelseweg Empelseweg Laaghemaal zijde Rosmalen 2 De fietsbrug ligt aan de oostzijde van het nieuwe deel van de Zuid-Willemvaart, in het verlengde van de brug in de Bruistensingel over het kanaal. Vanaf deze brug gaat het wegverkeer terug naar het maaiveld richting de turborotonde. Het fietspad blijft hoog en gaat met een wijde boog over de turborotonde heen naar het zuiden. Vanuit het noorden sluit het fietspad aan in deze bocht (fig. 2), vanaf de woonwijk de Groote Wielen. Schetsontwerp gezamenlijk proces De inpassing van een fietsbrug met deze afmetingen (totale lengte is 279,7 m en breedte is 4,5 m) in deze omgeving (een hoofdontsluiting voor Rosmalen, bewoners in de omgeving en kantoorpanden met zichtlocatie) is een proces waarbij verscheidene partijen zijn betrokken. Het ontwerp is tot stand gekomen in samenwerking met onder andere (landschaps-)architecten, ontwerpers van beton-, weg- en geotechnische constructies, beheer- en onderhoudsdeskundige van de gemeente s-hertogenbosch, Rijkswaterstaat en de WillemsUnie. Vanwege de inpassing in de omgeving mocht de fietsbrug geen landmark worden, maar moest wel stilistisch worden vormgegeven (fig. 1). Dit is onder meer bereikt door een ronde onderzijde van de fietsbrug waarmee de dikte visueel wordt beperkt. Dankzij een metalen randelement wordt de nadruk gelegd op de lijnvormigheid. Vanwege de bocht in de west-zuidverbinding van de fietsbrug, de ronde onderzijde en de noordelijke aansluiting, vond de architect het essentieel dat de kolommen geen richting hebben. Ook voor de kolommen is daarom een ronde vorm toegepast. Om oplegblokken te kunnen vervangen, is een ruimte benodigd van 300 mm tussen bovenzijde kolom en onderzijde dek. Om te voorkomen dat het dek visueel boven de kolommen zweeft, is hier een demontabele stalen ring toeged. Het hekwerk op de fietsbrug vindt aansluiting bij het hekwerk op de brug over het kanaal. Door de positionering van de regels van het hekwerk wordt de overklimbaarheid bemoeilijkt. De constructieve opbouw van de fietsbrug bestaat uit: Een kistdam van 37,6 m; Een west-zuidverbinding met acht overspanningen tussen de 21,6 en 26,8 m, met een totale lengte van 192,3 m; Een noordelijke aantakking met twee overspanningen, met een totale lengte van 49,8 m. De totale lengte van de brug is 279,7 m, de breedte bedraagt 4,5 m. Binnen het gehele project Omlegging Zuid-Willemsvaart is de fietsbrug de enige die conform de ROK, gebaseerd op de Eurocode, is uitgewerkt. De overige kunstwerken zijn conform de oude ROBK6 ontworpen. FIietsen over de Zuid-Willemsvaart

3 sectie 3 sectie 3 thema sectie 4 as 12 3 Indeling secties en velden van de fietsbrug 4 3D impressie van de westelijke kistdam 5 Vakwerkanalogie verankering wapening onderbouw as 1 sectie 1 as 2 as 3 sectie 2 as 10 as 11 sectie 4 noord west sectie 1 as 4 as 5 sectie 2 sectie 2 as 6 as 7 as 8 zuid 3 4 as 9 Voor het hellingspercentage van de brug is de zogenoemde formule van Roos als leidend aangehouden. Dit percentage was bepalend voor de lengte van de brug. Ook de aansluitende percelen hebben invloed op de lengte. Door het verlengen van de brug met twee overspanningen, in plaats van het toepassen van een grondterp, is voorkomen dat het zicht vanuit een naastgelegen kantoorpand volledig zou worden verhinderd. Ook aan de westzijde zijn twee overspanningen toeged om de ontsluiting van een aansluitend noordelijk perceel mogelijk te maken. Een zichtscherm dat op de grondterp van het fietspad is aangebracht, voorkomt inkijk bij diverse woningen. fasen worden gebouwd. In de eerste fase wordt de brug t/m as 6 gebouwd (fig. 3), inclusief de noordelijke aantakking (as 10 t.m. 12). Nadat de eerste fase gereed is, kan het fietsverkeer via de noordelijke en westelijke tak worden geleid richting de brug over het kanaal. Vervolgens kan de tweede fase (as 6 t.m. 9 en de grondterp met zichtscherm) worden gemaakt. De bovenbouw wordt op traditionele manier gemaakt: een ondersteuningsconstructie in de vorm van torens met daarop een standaardbekisting Kistdam Zoals eerder aangegeven, is aan de westelijke zijde een kistdam toegepast om het toenemende hoogteverschil tussen Uitvoeringsmethodiek Om te voorkomen dat de bouw van de fietsbrug leidend wordt voor het ontgraven van het kanaal, is er een extra wegfasering geïntroduceerd. Om de overlast voor de omgeving te beperken, is het namelijk noodzakelijk dat de steenbestorting van het kanaal over het water wordt aangevoerd in plaats van per as. Om dit te realiseren, wordt het kanaal ter plaatse van de Bruistensingel al in het najaar van 2013 gegraven. Vóór dit moment moet de nieuwe brug over het kanaal gereed zijn voor zowel het weg- als het fietsverkeer. Dankzij overleg met de gemeente kan zowel het weg- als het fietsverkeer door een extra wegfasering langs de bouwwerkzaamheden van de fietsbrug worden geleid. Door de aanwezigheid van de bypass in de Empelseweg, ter plaatse van de kruising met de Bruistensingel/Laaghemaal, kan de brug in twee druk in beton wapening FIietsen over de Zuid-Willemsvaart

4 6 Schets oplegging 7 Dwarsdoorsnede brug met fietsen fietspad en verkeersweg te ondervangen (fig. 4). Deze bestaat uit twee onderling gekoppelde damwandschermen AZ Door middel van een plaxisberekening zijn de vervormingen bepaald, waarbij vooral de vervorming van het landhoofd van belang is. Tijdens de uitvoering ontstaat een verplaatsing als gevolg van een enkelzijdige grondbelasting ter plaatse van het landhoofd. Omdat de bovenbouw op een torenondersteuning wordt gebouwd, wordt het landhoofd pas belast na het afspannen van het dek. Als gevolg van de verplaatsing door de enkelzijdige grondbelasting ontstaat een scheefstand. Hierdoor zal bij het aflaten van veld 1 op dit landhoofd een extra verplaatsing ontstaan. Om deze vervorming te beperken, zijn de damwanden ter plaatse van het landhoofd doorgelast en voorzien van twee groutankers. Aan de oostzijde was een kistdam niet nodig omdat hier, in dwarsdoorsnede gezien, niet over een korte afstand een grote hoogte moet worden overbrugd ,0 leuning RVS-uitstraling 6 Onderbouw Ter plaatse van het westelijke landhoofd is de brug gefundeerd op de damwanden van de kistdam. Ter plaatse van de tussensteunpunten en het noordelijke en zuidelijke landhoofd is gebruikgemaakt van boorpalen. Een fundering op staal was niet mogelijk in verband met de grote verschillen van de kleilagen in de ondergrond. Om de overlast voor de omgeving te beperken, is gekozen voor een trillingsarm paalsysteem. De negen kolommen zijn zo veel mogelijk gelijkvormig gehouden. De variatie zit in de lengte van het rechte deel van de kolom. Hierdoor is het mogelijk dat alle kolommen met vier stalen bekistingsdelen worden gemaakt. De twee maatgevende belastingssituaties voor de kolommen zijn de aanrijdbelasting en de situatie tijdens de bouwfase waarbij nog maar één veld op de kolommen rust. Voor de verankering van de kolomwapening in de poer zijn de volgende opties beschouwd: stekken orthogonaal; stekken radiaal; T-heads; staalplaat met koppelbussen. Op basis van een vakwerkanalogie kan worden afgeleid, dat de kolomwapening pas vanaf de onderzijde van de poer kan worden verankerd en dus niet vanaf de bovenzijde van de vloer (fig. 5). Het toepassen van stekken leidde tot een te dicht wapeningsnet aan de onderzijde van de poer. Bij het gebruik van T-heads zou er te weinig ruimte aanwezig zijn tussen de verankeringsplaat- R 4000 jes. Tevens leidt het gebruik van T-heads tot extra eisen voor het ondernet ten aanzien van de uitvoeringstolerantie. Voor de verankering is daarom gekozen voor het gebruik van een horizontale staalplaat, waarbij koppelbussen met een moer voor de verbinding zorgen. Tussen de staande wapening van de kolom wordt over de staalplaat een extra wapeningslaag aangebracht. Hierdoor wordt een goede verankering in de drukzone gerealiseerd. Opleggingen Het toepassen van NEN-EN 1337 voor de opleggingen in combinatie met de vorm van de fietsbrug, resulteerde in de nodige aandachtspunten. Gezien de hoogteligging van de brug ten opzichte van de rotonde, moet ook voor de bovenbouw rekening worden gehouden met een aanrijdbelasting. Vanwege het beperkte eigen gewicht van de bovenbouw is een eenzijdig verhinderde oplegging nodig. Echter, als gevolg van het afspannen en van krimp zal een verplaatsing aan het uiteinde van het dek optreden die niet exact evenwijdig is aan de as. Door het toepassen van een extra staalplaat tussen bovenbouw en oplegging, kan de verplaatsing als gevolg van afspannen vrij optreden (fig. 6). Daardoor kan op een zo laat mogelijk tijdstip de oplegging worden gefixeerd door de staalplaat vast te randelementen RVS-uitstraling plaatverdeling overeenkomstig met stijlen leuning 7 FIietsen over de Zuid-Willemsvaart

5 thema 8 Aanzicht en doorsnede voorspanning 9 Bovenaanzicht horizontale kromming voorspanelementen 10 Kruisende voorspanning t.p.v. veld 4 lassen aan de oplegging en vervolgens te conserveren. De centrale positionering van het oplegblok op de kolom heeft ertoe geleid dat de inspectieruimte tussen onderzijde dek en bovenzijde kolom uiteindelijk 300 mm is geworden. De uit te voeren toetsing in de ULS, de in rekening te brengen grote vervorming door temperatuur en krimp en het relatief lage eigen gewicht (constructie is maar 4,5 m breed) hebben ertoe geleid, dat ter plaatse van diverse tussensteunpunten één oplegblok in plaats van twee oplegblokken moest worden toegepast. Door het opleggen van de oplegblokken op beton in plaats van gietmortel kon een hogere wrijvingsfactor worden gebruikt. Bovenbouw De brug heeft zowel rechte als horizontaal gekromde velden (R = 58,7 m). De overspanningen variëren van 17,3 tot 26,8 m. Om het dek zo slank mogelijk te maken, is voorspanning toegepast. De bovenbouw is onderverdeeld in vier secties (fig. 3): sectie 1 = veld 1-2; sectie 2 = veld en 9 (T-stuk); sectie 3 = veld 6-7-8; sectie 4 = veld 10. Sectie 1, 2 en 3 zijn statisch onbepaalde dekken en sectie 4 een statisch bepaald dek. De secties worden constructief gescheiden door een in verband met het uitzetten en krimpen als gevolg van temperatuurvariaties in de gebruiksfase. Het T-stuk wordt als eerste gemaakt. De voorspanning in de velden 3, 4 en 5 wordt tweezijdig gespannen. De voorspanning aanzicht kop in veld 9 (aftakking richting het noorden) wordt eenzijdig gespannen vanaf de open en blind verankerd in veld 4. De overige secties worden allemaal eenzijdig gespannen vanaf de landhoofden. De breedte van het dek is 4,5 m en het dek is aan de onderzijde voorzien van een kromming, loodrecht op de rijrichting, met een straal van 4,0 m (fig. 7). De bovenzijde van het dek wordt afgewerkt in een dakprofiel met een afschot van 1:50. Voorspanning Gezien de geringe beschikbare ruimte voor de ankerkoppen is ervoor gekozen uit te gaan van een 19-strengs voorspansysteem. In alle velden, met uitzondering van de noordelijke aftakking (veld 4-9), zijn zeven voorspanelementen toegepast. Voor de noordelijke aftakking volstaan vijf voorspanelementen. De elementen zijn naast elkaar geplaatst op de kop van het dek, in de neutrale lijn van de doorsnede (fig. 8). De voorspanelementen worden in lengterichting van de velden met een verticaal verloop aangebracht. De elementen liggen ter plaatse van het veld onder de neutrale lijn en ter plaatse van de tussensteunpunten boven de neutrale lijn van de doorsnede. Gezien de ronde onderkant van het dek en het verticale verloop van de voorspanelementen, worden de elementen vanaf de doorsnede veld FIietsen over de Zuid-Willemsvaart

6 11 Modellering betondoorsnede 12 Bovenaanzicht modellering fietsbrug ankerkop naar het midden van de constructie geleid (fig. 9). Dit horizontale verloop van de elementen heeft tot gevolg dat er extra wapening ter plaatse van de kromming rond de elementen moet worden aangebracht om uitbreken van de elementen te voorkomen. Bij de aansluiting van de noordelijke aftakking op de velden kruisen de voorspanelementen elkaar. De elementen uit de noordelijke aftakking waaieren uit in veld 4 (fig. 10). Om een te grote opwaartse krommingsdruk te voorkomen, worden de voorspanelementen uit de noordelijke aftakking in veld 4 zonder verticale kromtestraal toegepast. De voorspanelementen in de velden gaan onder de elementen uit de noordelijke aftakking door en hebben wel een verticale kromtestraal. Modellering In de eerste fase van het project is de krachtswerking en het voorspanverloop bepaald met behulp van ALP (Algemeen Ligger Programma). Voor de definitieve berekening is Scia Engineer gebruikt. De met ALP bepaalde voorspanning is ingevoerd als belasting in Scia Engineer. Het brugdek wordt opgebouwd uit plaatelementen met daarop de van toepassing zijnde belastingen. De gekromde doorsnede van het dek wordt gesimuleerd door te werken met verschillende platen met verlopende dikten (fig. 11). De dekken worden in het model zowel verticaal als horizontaal ondersteund door puntveren ter plaatse van de opleggingen. Ter plaatse van de horizontaal gekromde delen wordt de y-richting van de opleggingen haaks op de as van het fietspad en de x-richting evenwijdig aan de as van het fietspad gedefinieerd (fig. 12). Voor de puntveren is zowel een hoge als een lage stijfheid toegepast. Hierin is de invloed van de onderbouw verwerkt. In de modellen zijn de volgende belastingen ingevoerd: eigen gewicht rustende belasting schampkanten en asfalt krimp voorspanning temperatuur (jaarlijks en dagelijks) steunpuntszetting gelijkmatig verdeelde belasting (5 kn/m 2 ) dienstvoertuig (veegmachine) met 80% van de gelijkmatig verdeelde belasting asfaltspreidmachine met loader en twee walsen (bouwfase) windbelasting rembelasting. Ten behoeve van de controle in langsrichting, zijn sneden in het model aangebracht met een hart-op-hartafstand van 0,5 m. Door de horizontale kromming van het dek, moet het UCS (coördinatenstelsel) in het programma haaks op de betreffende snede worden gedraaid om de juiste waarden haaks en evenwijdig aan de as van het fietspad te verkrijgen. In deze sneden zijn vervolgens de resultanten voor zowel het moment als de bijbehorende normaalkracht bepaald. Aangezien het niet mogelijk is de spanningen in het model correct op te vragen, zijn de momenten en normaalkrachten per snede handmatig (met behulp van Excel) omgerekend naar spanningen. Door middel van het maken van grafieken in Excel, met de spanning uitgezet tegen de lengte over de as van het fietspad, kon worden bepaald waar de maximale trekspanning zou optreden. Nadat deze posities zijn bepaald, is met behulp van het programma DBet de voorgespannen doorsnede getoetst. In dwarsrichting (haaks op as fietsdek) is het dek niet voorgespannen. De momenten en normaalkrachten worden met wapening opgenomen. Tot slot In juli 2013 zijn de werkzaamheden buiten gestart met het aanbrengen van de kistdam. In augustus is gestart met de realisatie van de tussensteunpunten. De eerste fase wordt afgerond in juni 2014, de tweede fase in februari Voor de inpassing van een constructie met deze afmetingen in een omgeving met veel stakeholders, is het noodzakelijk voldoende tijd in te plannen voor de afstemming van alle eisen, wensen en raakvlakken. Door toepassing van de juiste fasering kon deze tijd beschikbaar worden gemaakt en kan deze fietsbrug weliswaar geen landmark, maar wel bijzonder fraai worden gerealiseerd. FIietsen over de Zuid-Willemsvaart