Standaard bruggensysteem maakt toepassing van UHSB voor kleine bruggen haalbaar. UHSB voor kleinschalige bruggen

Transcriptie

1 Standaard bruggensysteem maakt toepassing van UHSB voor kleine bruggen haalbaar UHSB voor kleinschalige bruggen UHSB voor kleinschalige bruggen

2 1 ir. Rogier van Nalta Pieters Bouwtechniek BV ir. Christa van den Berg, ing. Johan Büdgen ipv Delft creatieve ingenieurs 1 De nieuwe superslanke en onderhoudsvrije standaardbrug in ultra-hogesterktebeton in Pijnacker Recent is in Pijnacker een superslanke standaardbrug in ultra-hogesterktebeton opgeleverd. Deze brug is gebaseerd op het modulaire Bruggensysteem Delft. Behalve slank, is de brug ook onderhoudsvrij. Ultra-hogesterktebeton heeft zich in Nederland bewezen bij diverse balkons in woningbouwprojecten, waarbij het materiaal op vernieuwende wijze werd toegepast [1], [2]. De duurzaamheid en de extreme sterkte van het materiaal maken UHSB ook zeer geschikt voor de GWW-sector. De hoge kosten van het materiaal vragen wel om een specifieke benadering van het ontwerp; minimaal materiaalgebruik en een bijzonder efficiënte constructie staan daarbij centraal. Op deze uitgangspunten ligt ook de nadruk bij het Bruggensysteem Delft 1 ). Bruggensysteem Bij de ontwikkeling van het bruggensysteem bleek het bij optimaal materiaalgebruik mogelijk een betaalbare brug te realiseren, ondanks de hoge kosten van het materiaal. Op basis van 1 ) Bruggensysteem Delft komt voort uit een samenwerking tussen Pieters Bouwtechniek, bruggenspecialist ipv Delft creatieve ingenieurs en betonproducent Hi-Con. berekeningen en schetsen is gezocht naar een systeem voor standaard (fiets)bruggen waarin de meerwaarde van UHSB volledig tot z n recht zou komen (fig. 2). De eerste ideeën bestonden uit een modulair systeem opgebouwd uit kleine onderdelen. Er is onder andere gekeken naar dragende randliggers met dunne dekplaten ertussen. Ook passeerden de revue het in lengterichting opknippen van de brug en het ter plaatse met voorspanning koppelen van de losse elementen. Om van alle ideeën de meest kansrijke te bepalen, werd een aantal randvoorwaarden gesteld waaraan het ontwerp moest voldoen. Zo werd gezocht naar: Een neutraal basisontwerp met de mogelijkheid tot maatwerk voor het hekwerk; Zichtbaarheid van het UHSB door slanke en verfijnde detaillering; Een onderhoudsarme en duurzame constructie; Een betaalbaar systeem door minimaal materiaalgebruik en lage malkosten; Een in lengte en breedte schaalbaar systeem. Dekplaten Uit deze selectieronde volgde uiteindelijk het idee van een systeem dat bestaat uit superslanke dekplaten van 85 mm dik, UHSB voor kleinschalige bruggen

3 2 Schetsontwerpen uit de studiefase 3 Voorbeelden van toepassingen van het Bruggensysteem Delft 2a 2b 2c 4-8 m 8-20 m vlonderpad 1-4 m 3 uitgevoerd in Compact Reinforced Composite (zie kader). Bij vlonderpaden en bruggen met een kleine overspanning komen deze platen rechtstreeks op de oever of beschoeiing. Voor overspanningen vanaf circa 4 m wordt het dek aan de onderzijde voorzien van al dan niet geïntegreerde ribben. Dit kunnen stalen liggers zijn, bijvoorbeeld bij een meanderend vlonderpad, of betonnen ribben die samenwerken met de dekplaat. De afmeting van de ribben onder het dek is variabel, waardoor ook overspanningen groter dan 8 m mogelijk zijn. Zo is het bruggensysteem toepasbaar voor alle bruggen in een (natuur) gebied, van groot tot klein, vlak of met toog en recht of meanderend (fig. 3). Bijzonder aan het systeem is verder het ontbreken van een traditionele, onderhoudsgevoelige slijtlaag. Een 10 mm dunne laag ultra-hogesterktebeton in een afwijkende kleur en voorzien van reliëf fungeert als antisliplaag. 3 kn/m belast hekwerk op een 85 mm dunne brugrand ondenkbaar zijn; het dek kan de ankerkracht niet opnemen. Maar in UHSB is het wel mogelijk. De instortankers kunnen bovendien de hoge belasting opnemen zonder dat daar grote voetplaten of doorsteekankers voor nodig zijn. Het bruggensysteem biedt diverse standaard hekwerken. Ook is er de mogelijkheid een maatwerk hekwerk te laten ontwerpen. Primeur voor Pijnacker De eerste UHSB-standaardbrug is recentelijk gerealiseerd in de Hoflandstraat in Pijnacker. Hier lag tot voor kort een doorsnee houten parkbrug die aan vervanging toe was. Met name de korte bouwtijd, de lange levensduur en het onderhoudsvrije karakter waren voor de gemeente aanleiding te kiezen voor het Bruggensysteem Delft. De dekplaten zijn standaard voorzien van ingestorte ankers voor de balusters. Bij regulier beton zou plaatsing van een met De brug heeft drie overspanningen: de hoofdoverspanning bedraagt 6 m, de totale bruglengte 10,4 m en de breedte 5 m UHSB voor kleinschalige bruggen

4 4 Doorsnede (a) en mechanicaschematisering (b) van het brugdek 5 Zijaanzicht van de brug Compact Reinforced Composite Compact Reinforced Composite (CRC) is een gepatenteerd vezelversterkt ultra-hogesterktebeton van Hi-Con; een zelfherstellend materiaal met veel niet-gehydrateerd cement, waardoor kleine scheuren vanzelf worden gedicht. De toevoeging van een grote hoeveelheid staalvezels aan het mengsel (tussen 2 en 6 vol. %) zorgt voor een zeer taai materiaal en maakt het mogelijk de wapening dicht op elkaar te plaatsen met een kleine dekking. Het beton is zo zeer sterk, taai en duurzaam. Constructies van CRC kunnen hierdoor worden ontworpen met zeer kleine doorsneden en hebben tegelijkertijd een hogere veiligheid en langere levensduur dan conventioneel beton. De brug bestaat uit prefab TT-platen (fig. 4a) met een UHSBantisliplaag in twee kleuren: lichtgrijs voor het voetpad en donkergrijs voor het fietspad. Aan de uiteinden is de brug opgelegd op landhoofden die op staal zijn gefundeerd. De kortere brugdelen fungeren direct als stootplaten. De tussensteunpunten bestaan uit kespen op stalen buispalen a 4b Door de slappe grond op de locatie zijn de tussensteunpunten onvoldoende stijf om de volledige horizontale belasting te kunnen opnemen. In horizontale richting werkt het brugdek daarom als schijf die de belasting afdraagt naar de landhoofden, met de tussensteunpunten als verende ondersteuning. Om van de losse brugdekdelen één schijf te maken, zijn ze gekoppeld met RVS dookverbindingen en zijn er neopreen drukblokken in de voegen aangebracht (fig. 8). De horizontale belasting wordt bij de landhoofden middels druk afgedragen op de grond en bij de tussensteunpunten door inklemming van de palen in de grond. Constructief schema Bij verticale belasting werkt de dekplaat in dwarsrichting als een ligger, met de ribben als steunpunten. Het brugdek kraagt aan beide zijden uit over de ribben (fig. 4b). In de langsrichting werkt de dekplaat samen met de ribben als TT-ligger. Het middelste dek ligt met een tandoplegging scharnierend op de kesp van het tussensteunpunt. De zijdekken rusten aan een zijde scharnierend op het landhoofd en aan de andere zijde ook scharnierend op de kesp van de tussensteunpunten. Tussensteunpunten De tussensteunpunten bestaan uit twee stalen buispalen (Ø244,5 12,5) met daaroverheen een betonnen kesp (b h = mm 2 ). Op deze kespen rusten de brugdekdelen met een tandoplegging en de kesp blijft zo verborgen achter de ribben van het dek (fig. 9 en 10). De stalen buispalen zijn op hoogte geheid en afgestort. Bij het afstorten van het laatste deel van de buis is de kesp er van bovenaf ingehangen met uitstekende stekken. Hiermee ontstond een goede verbinding tussen de kesp en de buispalen. De ribben van de brugdelen liggen op oplegblokken op de kesp. Doken vanuit de kesp in het brugdek zorgen voor overdracht van horizontale belasting. afwatering 2% NAP 1,20-1,46-1,25 1,20-1,70 (bestaand) -1,72 (bestaand) -2,43 PVR 3,1 x 1,0 (m) -2,43-1,72 (bestaand) -1,54 (bestaand) ,70 (vast peil) = aanvullen = verwijderen? 5 UHSB voor kleinschalige bruggen

5 6 Mechanicaschematisering brug bij belasting in verticale richting 7 Mechanicaschematisering brug bij horizontale belasting 8 Principe schijfwerking van het brugdek bij belasting loodrecht op de brug 9 Doorsnede van de verborgen kespoplegging drukkracht via neopreen drukblok dwarskracht via dookverbindingen neopreen drukblok RVS dook de brug wordt gecompenseerd door het gewicht van de uitgegraven grond. Het EPS is geplaatst op een goed verdicht zandbed. Om de druk over het EPS te verdelen is een prefab betonplaat van 140 mm dik toegepast. De keuze voor EPS is gemaakt uit kostenoogpunt. trekkracht via dookverbinding Landhoofden De landhoofden hebben een EPS-fundering (fig. 12). Uitgangspunt was een belastingneutrale funderingswijze om zettingen te minimaliseren, waarbij de belasting uit het eigen gewicht van Slappe grond Doordat de bovenste grondlagen op de locatie in Pijnacker voornamelijk uit slappe (veen)lagen bestaan, zakt het maaiveld zelfs bij neutrale grondbelasting. Het landhoofd volgt deze zakking van het maaiveld. De twee korte brugdekdelen die op de landhoofden rusten, kunnen roteren om de oplegging, zodat ze kunnen meezakken met het landhoofd. Bij het bereiken van de maximale zetting is het omhoog vijzelen van het brugdek nodig, samen met ophoging van het maaiveld. De maximaal neopreen oplegvilt prefab balk 200 x neopreen oplegvilt brugdek P63 veld 2 gietmortel 9 beton stalen buispaal Ø219,1 gietmortel beton stalen buispaal Ø219, UHSB voor kleinschalige bruggen

6 10 3D-weergave van de verborgen kespoplegging 11, 12 Het brugdek met twee kleuren UHSB-antislip vóór montage van het hekwerk toelaatbare zakking van het landhoofd hangt af van de maximaal toelaatbare rotatie van de oplegblokken. In overleg met leverancier Vilton is een oplegblok type CR2000 van mm 3 gekozen dat een zo groot mogelijke rotatie en daarmee zakking biedt. Hekwerk op maat Het maatwerk hekwerk is geheel opgebouwd uit strippenstaal, waarbij het ontwerp is afgestemd op de standaard hoeveelheid waarin strippenstaal vanuit de fabriek wordt geleverd. De aannemer heeft zo vrijwel geen restmateriaal. In aansluiting op het onderhoudsvrije karakter van de brug is het hekwerk niet gecoat maar aluminium geschoopeerd Uitvoering Op locatie nam de uitvoering van de brug een week in beslag. 15 De overlast werd zo tot een minimum beperkt. Eerst zijn de nieuwe palen geheid door het dek van de bestaande brug Vervolgens is de bestaande brug gesloopt en zijn 100de kades 100 vernieuwd. Hierbij zijn gelijk ook de landhoofden op EPS 100 meegenomen. Het brugdek zelf is binnen één dag geplaatst. Op de laatste dag zijn de hekwerken geplaatst en kon de brug in gebruik worden genomen. Lange levensduur In vergelijking met een standaardbrug in regulier beton of staal kan de UHSB brug iets duurder in aanschaf zijn. Echter worden deze kosten snel terugverdiend dankzij de lange levensduur en het onderhoudsvrije karakter van de brug. Zo heeft een reguliere brug bijvoorbeeld na vijf jaar al onderhoud aan de slijtlaag nodig. Bij de eerste toepassing in Pijnacker heeft het Bruggensysteem Delft laten zien dat het mogelijk is om met UHSB een betaalbare en mooie standaard fietsbrug te realiseren var. 12 grond gestabiliseerd zand 329 betonplaat goed verdicht zandbed gestabiliseerd zand EPS NAP grond 1500 LITERATUUR 1 Van Nalta, R., Hansen, T., Ultradunne balkons. Cement 2012/6. 2 Van Nalta, R., Huize Het Oosten. BV-Nieuws 3, PROJECTGEGEVENS project UHSB-standaardbrug, Pijnacker opdrachtgever Gemeente Pijnacker-Nootdorp architect ipv Delft creatieve ingenieurs, Delft constructieadviseur Pieters Bouwtechniek, Delft uitvoering Gebr. Griekspoor BV, Nieuw-Vennep leverancier UHSB Hi-Con Nederland, Weert UHSB voor kleinschalige bruggen