Betonconstructie OVT Utrecht hergebruikt. Openbaar Vervoer Terminal Utrecht eind dit jaar gereed

Transcriptie

1 ing. Fred van Baalen, ir. Janine van der Sanden Movares 1 1 Overzichtsfoto OVT Openbaar Vervoer Terminal Utrecht eind dit jaar gereed Betonconstructie OVT Utrecht hergebruikt Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt

2 Eind 2016 wordt de Openbaar Vervoer Terminal Utrecht opgeleverd. Bij de realisatie van deze nieuwe terminal is de bestaande betonconstructie niet gesloopt, maar grotendeels geïntegreerd in de nieuwe constructie. De gehele ombouw is gerealiseerd terwijl het station in gebruik was en de winkels open bleven. Om dit alles mogelijk te maken, waren een maatwerk ontwerp, een uitgekiende fasering, maar ook bijzondere onderzoeken zoals brandproeven noodzakelijk. Noodzaak Het oude station Utrecht CS was niet alleen veel te klein, maar zat ook verstopt in winkelcentrum Hoog Catharijne. In 2003 werd er overeenstemming bereikt tussen het Rijk, NS en de gemeente Utrecht over een nieuw te bouwen Openbaar Vervoer Terminal (OVT). Basis voor deze overeenkomst was een plan voor een nieuwe ruime hal, gesitueerd tussen twee hooggelegen pleinen, één aan de zijde van Hoog Catharijne en één aan de Jaarbeurszijde. Vanaf deze pleinen is het 90 x 250 m 2 grote uitnodigende gebouw met zijn golvende dak te zien (foto 1). In 2010 is gestart met de bouw die eind dit jaar zal worden afgerond. Omgeving De realisatie van de Openbaar Vervoer Terminal (OVT) Utrecht is niet alleen bijzonder vanwege de integratie van de bestaande constructies en het bouwen in een station dat in bedrijf is, maar ook vanwege de vele (in)direct betrokken partijen en de andere ontwikkelingen in de directe omgeving. Bij de start van het project was het nog niet helder hoe de omgeving van de OVT eruit ging zien. Zo moest tijdens de uitvoering het nieuwe stadskantoor van de gemeente Utrecht in de in aanbouw zijnde hal worden geïntegreerd. Omdat de omgevingsrandvoorwaarden weinig stabiel waren, heeft ProRail ervoor gekozen niet één geïntegreerd contract in de markt te zetten, maar het werk in een aantal traditionele bestekken aan te besteden. De (constructieve) uitwerking van al deze bestekken is door één ingenieursbureau in dit geval Movares gedaan. Door deze keuze lag er aan de voorkant een uitgewerkt ontwerp op basis waarvan goede afspraken werden gemaakt met betrokken derden. Daarnaast konden de vele aanpassingen tijdens de uitvoering zoals de integratie van het stadskantoor snel en effectief worden gerealiseerd. Dit alles resulteert in een vergroting van het vloeroppervlak van m 2 naar m 2. De capaciteit van dit gebouw maakt hiermee een sprong van 40 naar 100 miljoen reizigers per jaar. Hiermee is het station zowel in reizigersaantallen als oppervlak het grootste van Nederland. Van 1843 tot 2016 De voormalige stationshal is gebouwd tussen 1968 en 1989 en lag boven de treinsporen. Deze hal, met de bij vele treinreizigers nog bekende constructie met de rode Markenhof-bogen (vernoemd naar de architect), is in 1995 vanwege de aanleg van een extra perron vergroot. De geschiedenis van aanpassingen en uitbreidingen van station Utrecht gaat echter nog veel verder terug en begint in Uit deze lange geschiedenis zijn nog steeds constructies aanwezig waarop nu verder gebouwd is en die bij het aanpassen van de reizigerstunnels zijn hergebruikt. Dat de manier van bouwen in de loop van de tijd vaak is gewijzigd, blijkt uit het feit dat de hal op meer dan tien verschillende paaltypen is gefundeerd. In figuur 2 is een overzicht opgenomen van alle oude (jaar van oplevering) constructies die in het nieuwe station zijn geïntegreerd. In de nieuwe OVT Utrecht zijn aan west-/jaarbeurszijde een extra treinperron en twee busstations aangelegd en aan oost-/ centrumzijde een tramstation (fig. 3). De nieuwe hal bevindt zich boven deze nieuwe en bestaande perrons, waardoor trein, tram en bus toegankelijk zijn vanuit één OVT. Tevens is er in de nieuwe hal aan één zijde een extra bouwlaag voor commercie aangebracht. Hiermee is het totaal aanwezige commerciële oppervlak toegenomen tot 8500 m 2. Bestaande constructie De vloer van de bestaande stationshal is opgelegd op moerbalken van 2 m hoog en 0,7 m breed met een lengte van 90 m (fig. 3 en 4). Deze moerbalken zijn momentvast opgelegd op ronde kolommen met een diameter van 0,65 m. De kolommen staan op palen gefundeerde poeren. De halvloer bestaat uit dubbele T-liggers die haaks op de moerbalken liggen en een hoogte hebben van 0,97 m en overspanningen tot 20,5 m. Op de moerbalken staat de stalen halconstructie. Deze bestaat uit zeven spanten met gordingen, stalen dakplaten en felsplaten. Hergebruik versus nieuw Om de overlast tijdens de bouw en de bouwkosten te beperken, is de bestaande betonconstructie volledig hergebruikt. Alleen ten behoeve van de nieuwe perrons zijn nieuwe betonconstructies gemaakt in dezelfde opbouw als de bestaande. Ook is de dakconstructie met spanten vervangen door een nieuwe (fig. 4). De nieuwe kap is, net als de oude, op de moerbalken gebouwd. Aangezien sommige bouwdelen al uit 1968 stammen, is bij het ontwerpen van de nieuwe stationshal zo veel mogelijk geprobeerd extra belastingen op de bestaande onderbouw te voorkomen. Voor de nieuwe kap was dat geen probleem. Die is Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt

3 2 Schematisch overzicht van de bestaande en de nieuwe perrons en de bijbehorende moerbalken. Deze zijn met elkaar verbonden met koppelbalken. In kleur de jaren van oplevering van de bestaande constructies. Westzijde (Jaarbeurs) Oostzijde (Centrum) Bus/tramperron Perron Wit: onbekend nieuw te maken: fase 1 nieuw te maken: fase 2 Katreinetoren Perron 2 Spoor 4-5 Spoor 7-8 Spoor 9-11 Spoor Spoor Spoor 19 Katreinetoren Perron 3 Perron 4 Perron 5 Perron 6 Perron 7 Perron 8 Beoordeling bestaande betonconstructie Vanwege de wijzigingen van de belastingen was het noodzakelijk de complete betonconstructie van alle oude perrons (perron 1 t.m. 7) te herberekenen en alle onderdelen (moerbalken, kolommen, poeren en palen) te toetsen. De herberekening is uitgevoerd met de TGB die bij de start van dit project nog geldend was. De dubbele T-liggers zijn niet herberekend, hiervan wijzigde de belasting niet. Om de gegevens van de bestaande constructie te achterhalen, is gebruikgemaakt van honderden archieftekeningen (soms stammend uit het jaar 1940). Van sommige constructieonderdelen bleken onvoldoende gegevens beschikbaar te zijn. In die gevallen zijn scans uitgevoerd om de wapening te achterhalen en zijn kernen geboord om de druk- en treksterkte van het beton te bepalen. Uit de herberekeningen bleek dat de onderbouw in de zone van de aangebrachte tweede laag commercie niet op alle onderdelen voldeed. Zo zijn overschrijdingen geconstateerd op de moment- en dwarskrachtcapaciteit in de moerbalken en werd de capaciteit van een aantal poeren en palen overschreden. Versterkingen bleken dus noodzakelijk te zijn om de onderbouw te kunnen hergebruiken. 2 Westzijde (Jaarbeurs) immers even zwaar als de oude. Verder is ervoor gekozen uitsluitend de lokale windbelasting op de kap door de bestaande moerbalken en ondergelegen constructie op te laten nemen. De windbelasting in oost-west richting wordt opgenomen door stabiliteitselementen aan de oost- en westzijde die rusten op de uitbreidingen van de traverse. De windbelasting in noord-zuid richting is opgenomen door schoren die geplaatst zijn tegen elke kolom op as B. De glazen gevels hangen als een gordijn aan de dakranden. Deze dakranden zijn bevestigd aan de spanten, die op hun beurt op de moerbalken staan. Deze oplossing voorkomt extra vloerbelasting op de dubbele T-liggers. Wel komt er extra belasting op een aantal moerbalken door een tweede laag met winkeltjes in de hal. De staalconstructie die hiervoor is gebouwd, rust met haar kolommen op de moerbalken. Versterken bestaande constructie Een van de maatregelen was het plaatsen van extra stalen kolommen onder de moerbalken, recht onder de positie van de kolommen van de tweede laag commercie. De extra belasting wordt op deze manier rechtstreeks naar beneden afgedragen en daarmee wordt voorkomen dat de moerbalk extra wordt belast. Om de stalen kolommen mee te laten dragen, zijn ze op spanning gezet. Het was niet mogelijk om op alle locaties waar overschrijdingen optraden in de moerbalken extra kolommen te plaatsen. Op die plekken is de betonconstructie versterkt door koolstofwapening aan te brengen om zowel de momentcapaciteit als de dwarskrachtcapaciteit te vergroten (foto 5). De poeren die niet voldeden, hadden een overschrijding op dwarskrachtcapaciteit. Op bijna alle poeren kon een laag gewapend beton worden gestort om de dwarskrachtcapaciteit te vergroten. Bij één poer was de laag die kon worden opgestort niet voldoende. Daar is de capaciteit vergroot door aan de onderzijde, in de lengterichting van de poer, gaten te boren en Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt

4 3 Kenmerkende doorsnede bestaande constructie 4 Dwarsdoorsnede over de nieuwe hal 5 Moerbalken met lijmwapening; de stroken tegen de onderkant voor de momentcapaciteit, de matten om de balk voor de dwarskrachtcapaciteit 6 Zettingen (in mm) onder de steunpunten van de moerbalken (in de cijferassen) in het nieuwe deel van de terminal aan de noordwestkant 3 spoor 21 daarin voorspanstaven aan te brengen waarmee de constructie werd voorgespannen. Op plekken waar het paaldraagvermogen werd overschreden, zijn extra palen aangebracht en is de poer uitgebreid. In de herberekening is daarbij vanuit gegaan dat de nieuwe palen enkel meedoen in de opname van nieuwe belastingen. De bestaande belasting wordt dus niet herverdeeld over oude en nieuwe palen. spoor 20 tingspreiding doorzetten tot onder de constructie van de OVT. Hierdoor ontstaan verschilzettingen ter plaatse van de stijve en dus zettingsgevoelige nieuwe moerbalken (fig. 6). De grootste zettingen treden op ter plaatse van de uitbreiding van de hal. Ter plaatse van de bestaande constructie zijn de zettingen zodanig uitgedempt dat deze geen invloed meer hebben. Hierop is voorgesteld de constructie van de moerbalken in het nieuwe deel van de OVT te wijzigen. Door het introduceren van pendelbalken en -platen bleek het mogelijk de verschilzettingen in noord-zuidrichting op te vangen (fig. 7). Aan weerszijden van deze pendelbalken zijn in de vloer van de hal dilataties aangebracht. Zettingsverschillen in de andere richting (de oost-west richting) waren geen probleem, want die konden door de T-liggers, die op twee steunpunten zijn opgelegd, worden opgenomen. Uiteraard speelde het effect van de zettingen ook bij het dak en de gevel. Hier zijn oplossingen voor bedacht, maar deze vallen buiten de scope van dit artikel. Integratie stadskantoor Utrecht Nadat het bestek voor de nieuwe OVT was aanbesteed, kwamen de onderhandelingen tussen ProRail en de gemeente Utrecht in een stroomversnelling en viel het besluit om direct tegen de OVT een meer dan 90 m hoog stadskantoor te bouwen. De realisatie van dit hoge en dus zware gebouw geeft door samendrukking van de diepere grondlagen zettingen die zich door de diepe ligging van de samendrukbare lagen en de wijze van belas- Een brandveilig station Met de m 2 ongedeeld oppervlak kan de OVT niet voldoen aan alle eisen van het Bouwbesluit. Het Bouwbesluit eist namelijk een compartimentering van maximaal 1000 m 2. Met onderzoek moest worden aangetoond dat het ontwerp met aanvullende maatregelen een gelijkwaardige brandveiligheid heeft. De terminal moet namelijk binnen 15 minuten na alarmering leeg zijn. 4 a b c d e f g h a b b c noord zuid moerbalk moerbalk perron fundering perron fundering Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt

5 5 In de nieuwe hal zijn waar nodig sprinklers aangebracht, hiermee voldoet de situatie in de hal. Het resterende grootste risico was een treinbrand onder de halvloer. Bij een brandende trein zou: 1. De rook via de (rol)trapgaten in de hal kunnen komen. De hoge moerbalken voorkomen dit gelukkig, ze geleiden de rook naar de zijkanten van de halvloer. 2. De voorgespannen dubbele T-liggers kunnen bezwijken. Brandwerendheid bestaande dubbele T-liggers Voorgespannen betonconstructies hebben ten opzichte van gewapend betonconstructies een minder gunstig gedrag bij brand. Als aanvullende maatregel op het ontwerp werd hierom aanvankelijk voorgesteld onder de betonvloer van de stationshal brandwerende bekleding aan te brengen. Dit zou echter niet alleen een extra belasting betekenen voor de al uitgenutte vloer, maar ook zeer kostbaar zijn. De bekleding moet namelijk boven de bovenleiding in een groot aantal buitendienststellingen worden aangebracht. Dit probleem vroeg dus om een andere aanpak. 6 perronnivo Als alternatief is een sprinklerinstallatie onder de halvloer overwogen. Het bleek mogelijk deze zeer dicht op de bovenleiding (1800 V) aan te brengen, maar ook dit was een lastige en dure oplossing. Daarom is verder gezocht. Er is een CFD-berekening (3D Computational Fluid Dynamics) gemaakt waarmee niet alleen het transport van warmte en rook, maar ook de effecten van warmtestraling op de dubbele T-liggers zijn bepaald. De berekeningen zijn gemaakt met zowel een brandhaard op het onderste als op het bovenste niveau van een brandende dubbeldekker (fig. 8). De gevonden waarden lagen hierbij een stuk lager dan bij de standaardbrandkromme uit het bouwbesluit. Dit kwam onder andere doordat er geen direct vlamcontact was met de vloer en er slechts sprake was van opwarming door straling en de temperatuur van de rooklaag. Bij verschillende branden en brandproeven uit het verleden is gebleken dat voorgespannen betonliggers vooral gevoelig zijn voor het afspatten van beton. Het afspatten van beton beïnvloedt de brandwerendheid van de liggers. De voorspanstrengen komen bloot te liggen, worden daardoor sneller opgewarmd en verliezen de aanhechting met het beton. Dit redu- Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt

6 7 Principe pendelbalken en -platen in het nieuwe deel van de terminal 8 Brandende dubbeldekker onder halvloer 9 Opstelling brandproef pendelbalk noordzijde 7 a b c d 8 ceert de draagkracht van de ligger. De maximale wapeningstemperatuur is sterk afhankelijk van de duur van de brand en de dekking op de wapening. Dit is niet exact te berekenen. Daarom heeft ProRail een praktijkproef laten uitvoeren in een oven van Efectis (fig. 9). Hierin is het spatgedrag onder de in de CFD-berekening gevonden temperaturen onderzocht. De dubbele T-ligger voor deze praktijkproef was een ligger uit een deel van de vloer dat werd gesloopt ten behoeve van de nieuwe trappen/roltrappen. Uit deze proef bleek dat de liggers voldoen. Planning Tijdens de gehele bouwperiode moest het station in gebruik blijven. Dit inclusief alle bijbehorende functies, waaronder de omvangrijke commercie. Daarom is de bouw gefaseerd uitgevoerd in zes hoofdstappen tussen 2011 en PPROJECTGEGEVENS opdrachtgever ProRail namens het ministerie van Infrastructuur en Openbare ruimte, NS en Gemeente Utrecht architect Benthem Crouwel Architekten constructeur, installatie ontwerper en adviseur bouwfaseringen Movares aannemers Station: Besix Buurtsporen: Heijmans Perronkappen: Strukton, Besix en Rasenberg Busstation West: K. Dekker Brandproeven: Efectis Oplevering eind Betonconstructie OTV Utrecht hergebruikt