Voegovergangen verdienen meer aandacht volgens Platform Voegovergangen en Opleggingen Voegovergangen in een goed ontwerp 2 4 2014
1 Barry Doorn Volker InfraDesign 1 Voegovergangen tussen wegen en viaducten en bruggen hebben diverse functies; ze dragen het verkeer en vangen de bewegingen van het viaduct of de brug en de krachten van het verkeer op Platform Voegovergangen en Opleggingen In de afgelopen jaren heeft het beleid van Rijkswaterstaat onder andere geleid tot de oprichting van het Platform Voegovergangen en Opleggingen. In dit platform, dat wordt gefaciliteerd door SBRCURnet, wisselen marktpartijen en RWS veel kennis uit. Inmiddels zijn dertig partijen aangesloten, waaronder acht gouden leden. In de goudenledenvergadering van 15 mei 2013 is vastgesteld dat bewustwording een belangrijk doel is voor het platform de komende jaren. Zeker in het licht van de vernieuwde filosofie over integraal ontwerp op basis van Life Cycle Costing (LCC), en de prikkels hiervan in de nieuwe contractvormen. Voegovergangen vormen de schakel tussen wegen en viaducten en bruggen. Ze moeten het verkeer kunnen dragen, bewegingen van de viaducten en bruggen kunnen opnemen, de krachten van het verkeer opnemen en de omgeving van de voegovergangen beschermen tegen gevolgschade van lekkage. Daarnaast moeten voegovergangen tegenwoordig vooral geluidsarm zijn. Door de toepassing van ZOAB en tweelaags-zoab overstijgt het geluid van voegovergangen steeds vaker het verkeerslawaai. Het is van belang dat voegovergangen gedurende de vereiste levensduur goed blijven functioneren. Samen met de verharding vormen ze een significant aandeel van de totale onderhoudskosten tijdens de levensduur van een kunstwerk. De randvoorwaarden van een geschikte voegovergangsconstructie worden in het ontwerp van een kunstwerk nog maar weinig specifiek gemaakt. Het toepassen van een standaarddetail uit de bekende bundel van Rijkswaterstaat, lijkt voor veel ingenieurs voldoende voor het ontwerp. In de praktijk zijn er echter diverse randvoorwaarden die de keuze van een voegconcept en het ontwerp van een brug of viaduct kunnen beïnvloeden. En daarmee ook bepalend zijn voor de werkelijke levensduur van een constructie. In het navolgende enkele aandachtspunten die gelden bij het ontwerp van een brug of viaduct met betrekking tot de voegovergangen. Minimalisering aantal voegovergangen Relatief korte kunstwerken kunnen soms beter als integraalconstructie worden uitgevoerd, dus zonder voegovergangen. In dat geval kunnen de aanschaf, het onderhoud en het bijbehorend oponthoud (voertuig-verliesuren) worden bespaard. Met name het groot onderhoud en de daarbij behorende wegafsluitingen met voertuig-verliesuren zijn veelal doorslaggevend. Een LCC-analyse kan hierbij goed inzicht geven. Een voegovergang is als miniem onderdeel van het totale ontwerp van een kunstwerk een lastig te vangen aspect. Mede door het specialistische karakter en het gebruik van standaarddetails (onderdeel van ROK), ziet de ontwerpend ingenieur vaak ook geen reden dieper op het ontwerp in te gaan. Ook het late moment van inkoop speelt een rol, waardoor bij het ontwerp niet de juiste randvoorwaarden beschikbaar zijn. Sinds enige tijd is er het Platform Voegovergangen en Opleggingen, dat de bewustwording van dit aspect als speerpunt heeft gekozen. Toetsing capaciteit Een belangrijk aandachtspunt van een voegovergangsconstructie zijn de werkelijke verplaatsingen in relatie tot de gestelde eisen. Ontwerpers beoordelen normaliter de functionele capaciteit van een constructie op basis van productinformatie. De werkelijke toepasbaarheid moet echter ook worden getoetst aan de praktijk. Een belangrijk gegeven om te toetsen, is daarbij de minimum- en maximumopening van een voegconstructie. De minimumopening is van belang om het rubberafdichtingsprofiel goed te laten functioneren. Deze wordt aangegeven door de leverancier. De maximumopening geldt vooral om te voldoen aan eisen ten aanzien van veiligheid, rijcomfort en het minimaliseren van de geluidsemissie. Hiervoor gelden eisen zoals gesteld in RTD1007-2: Eisen voor Voegovergangen, een zogeheten Rijkswaterstaat Technisch Document (RTD). Voor dilataties geldt doorgaans een maximumopening van 80 mm. 4 2014 3
2 Eenvoudig detail conform SD-VOEG-02, zoals gebruikt in het rekenvoorbeeld 3 Voegconcept zonder sinusplaten (a) en voegconcept met sinusplaten (b) 4 Effect van een zeeg op de afstemming van wapening tussen een voegovergang in de uitvoeringsfase berekende verkorting: 46 mm 2 brugdek landhoofd +10 C berekende verlenging: 30 mm Een bijkomend aandachtspunt is de minimaal benodigde opening voor het installeren van de rubbervoegafdichting in relatie tot het moment van installatie. Voegovergangen zijn als onderdeel van de afbouwfase vaak kort voor de oplevering van een kunstwerk gepland. De afdichting is vooral nodig om uitspoeling van het talud en de inwerking van (chloridehoudend) hemelwater te voorkomen. Later terugkomen voor de afdichting (met bijbehorende wegafsluiting) is veelal geen optie. Het navolgende rekenvoorbeeld illustreert dit aandachtspunt. Rekenvoorbeeld Als voorbeeld wordt een eenvoudig detail beschouwd, conform SD-VOEG-02 (fig. 2). De berekende verkorting van het brugdek bedraagt 46 mm en de berekende verlenging 30 mm. De totale verplaatsing bedraagt dus 46 + 30 = 76 mm. De capaciteit van het systeem is maximaal 80 mm vanwege de eis aan de maximale voegopening, dus dat lijkt voldoende. De totale verkorting van de brug (vergroting van de voegopening) bedraagt 46 mm ten opzichte van de neutrale temperatuur (+10 C). De installatie van een rubberafdichtingsprofiel vraagt echter ook nog een praktische minimumopening variërend van 35-40 mm (verschilt per type/capaciteit rubber). De totale voegopening kan bij 10 C dus 81-86 mm worden. Een overschrijding van de eis aan de maximale opening van een voegovergang zoals eerder beschreven. Als het moment van installatie dan tevens in een ongunstig jaargetij valt (zomer), zal de overschrijding nog groter zijn. Sinusplaten Door de ontwikkelingen ten aanzien van het reduceren van geluidsproductie zijn inmiddels systemen verkrijgbaar die zijn uitgerust met sinusplaten (fig. 3b en fig. 4). Deze platen die de dilatatie overbruggen, reduceren het geluid aanzienlijk. Bouwvolgorde: 1. overkluizing inkassingen (saaone) 2. aanbrengen membraan (saaone) 3. aanbrengen uitvullaag / onderlaag (saaone) 4. inzagen (saaone) 5. opbreken asfalt en overkluizing (saaone) 6. installeren voegovergangconstructies (specialist) 7. aanbrengen dubbellaags zoab (saaone) Het haaks aanrijden van de randprofielen in de voegovergang max. 80 h asfalt,dek = 130 mm (DC03b) + verwachte zeeg (Spanbeton) werkelijke situatie bepalen ahv tekening max. 100 ne) ) pecialist) 3a kruisingshoek 58.5 max. 100 type 1.2a1 type 1.2a2 Staal rubber voeg type 1.2a1 Getoonde voeg: SN ESV-N1 Toe te passen wanneer kruisingshoek kleiner is dan 58,5 (65 gon) Alle (horizontale) maten loodrecht op as steunpunt * = inclusief druklaag ** = betreft geoptimaliseerd principe met grotere ankerbeugels en grotere liggerinkassingen tbv toleranties bij zeeg *** = conform eisen voegovergangen NBD00400 Sinusvoeg type 1.2a2 Getoonde voeg: SN ESV-NG1 Toe te passen wanneer kruisingshoek ligt tussen 58,5 en 90 (65 tot 100 gon) Opdrachtgever 3b getekend 4 controle vrijgave P van Teijlingen B Doorn F Renkema d.d. 09-05-2014 d.d. d.d. blad/bladen formaat A3 LET OP: Detailbundel 4 bestaat uit meerdere bladen. Blad alleen geldig in combinatie met overige bladen. Zie blad 2 voor inhoudsopgave en versiebeheer. 11/29 SBS 4 2014 0.00 WBS WP-00238 Topcode Project status SAA - Schiphol-Amsterdam-Almere - A1-A6 Detailbundel Kunstwerken A1/A6 Diemen - Almere DC07 Voegconstructie blad 1 CONCEPT tek.nr. GEN-DET-0001 doc.nr. QR-code revisie SAAone-OWM-TEK-000014 2.1b
5 Bij de toepassing van het renovatiemodel kan een silicone instortvoorziening een oplossing bieden Bovenaan schaal 1:20 ter plaatse van de dilatatie levert namelijk de grootste geluidspieken. Bij sinusplaten wordt deze haakse aanrijding voorkomen. Dergelijke systemen zijn in staat voegbewegingen tot 100 mm op te nemen waarbij aan de voorwaarden ten aanzien van veiligheid, rijcomfort en geluidsreductie wordt voldaan. De maximumvoegopening van 80 mm volgens RTD 1007-2 mag in dit geval worden verruimd tot 100 mm. Goed om te weten: voegovergangen zonder sinusplaten worden soms ook als voldoende geluidsarm beschouwd, bijvoorbeeld als gevolg van de kruisingshoek. Voor meer informatie wordt verwezen naar RTD 1007-1 en RTD 1007-2. toepassen Toepassen van van siliconen siliconen instortpluggen vanwege eisen aan aan boren boren in in verhard verhard beton beton i.r.t. de de randstand randafstand (saaone) 5 Doorsnede schaal 1:20 opboren "opboren" gaten gaten t.b.v. t.b.v. opruwen opruwen door specialist voegovergangen Relevante RTD s Opdrachtgever Voor voegovergangen bestaan de volgende Rijkswaterstaat Technisch Documenten (RTD s). Deze documenten vormen samen één samenhangend pakket: RTD 1007-1: Meerkeuzematrix (MKM) voegovergangen (informatief document) controle getekend RTD 1007-2: Eisen voor Voegovergangen: Kader (norm) vrijgave RTD 1007-3: Geluideisen voor Voegovergangen: Kader (norm) RTD 1007-4: Richtlijnen voor flexibele voegovergangsconstructies: handreiking Oog voor zeeg Een ander aandachtspunt is het effect van zeeg op de afstemming van wapening tussen een voegovergang en dekconstructie (fig. 4). Het komt veel voor dat de ankerbeugels van een voegovergang in de uitvoeringsfase niet overeenkomen met de positie van de wapening in het brugdek. Dit komt door de verschillen tussen het theoretische ontwerp en de werkelijke situatie als gevolg van opbuigende brugliggers. Ter plaatse van voegovergangen is het niet de theoretische opbouw van de verharding die bepalend is, maar de werkelijke hoogte met inbegrip van uitvulling met asfalt. Hierbij moet het ontwerp voorzien in de variaties die voorkomen door de werkelijke zeeg. Dit is geen eenvoudige klus. Ook een aandachtspunt is de oriëntatie van de wapening in het dek en de frontwand van het kunstwerk. Deze moet worden afgestemd op de verankering van de voegovergangsconstructie. Met name bij een scheve kruising tussen rijrichting en voegovergang is dit belangrijk omdat de wapening conflicteert wanneer de richting niet gelijk is. Deze aspecten kunnen met gedetailleerd tekenwerk binnen het uitvoeringsontwerp volledig worden beheerst. Uiteraard speelt ook hier meerdere bladen. Blad alleen geldig combinatie met overige bladen. Zie bl voor inhoudsopgave en versiebehee de specificatie bij de inkoop een cruciale rol. Een voegovergang is geen standaardonderdeel dat altijd past. LET OP: Detailbundel bestaat u Voegconcept renovatiemodel bij nieuwbouw P van Teijlingen d.d. 09-05-2014 blad/bladen 13/29 SBS 0.00 B Doorn F Renkema In RTD 1007-1 d.d. wordt ook een renovatiemodel formaat genoemd A3 (concept 1.2b). d.d. Dit model is bedoeld voor schaal het vervangen 1:10 van bestaande voegovergangen en niet voor nieuwe kunstwerken. Er zijn echter uitzonderlijke situaties waarbij dit voegconcept bij nieuwe kunstwerken meer geschikt is dan een nieuwbouwmodel (concept 1.2a). Dit wordt veroorzaakt door de complexiteit van de randvoorwaarden. Een belangrijk aspect bij voegconcept 1.2b is dan de dagmaat van het kunstwerk in het ontwerp en de praktijk (met toleranties). Deze voegovergangen zijn niet ontworpen voor grote voegopeningen (>60 mm). De ontwerper prefereert echter vaak een grotere voegopening, bijvoorbeeld omwille van grondbelasting (het landhoofd komt dan iets dichter naar het dek), berekende zettingen in het landhoofd of de gewenste ruimte voor het plaatsen van de liggers. Bij openingen groter dan 50-60 mm ontstaat het risico dat voor de wapening van de voegovergangen in de dekkingszone van de constructie wordt geboord. Ook de werkelijke maat na uitvoering is hier een belangrijk aandachtspunt omdat toleranties negatief kunnen uitvallen. Een mogelijke oplossing is bijvoorbeeld het opstorten van de frontwand na het plaatsen van de liggers. Indien men hiervoor kiest omwille van eventuele zettingen, dan zal het oplegblok hier ook in faciliteren. Vaak worden de blokken dan hoger en slapper, wat weer effect heeft op de verplaatsingen die de voegovergangsconstructie moet kunnen opnemen. Deze relatie is daarmee een belangrijk punt van aandacht. Het achteraf pneumatisch boren op de rand van verhard beton is ook met het oog op Life Cycle Costing niet gewenst. De ankers van een voegovergangsconstructie volgens concept 1.2b zitten veelal dicht op de rand van het beton. Als men het voegconcept 1.2b desondanks wenst toe te passen, biedt de silicone WBS WP-00238 Topcode 4 2014 5
6 Samen met de verharding vormen voegovergangen een significant aandeel van de totale onderhoudskosten tijdens de levensduur van een kunstwerk 7 Centrifugaalkrachten kunnen resulteren in dikkere oplegblokken en daarbij behorende grotere verplaatsingen 6 instortvoorziening een oplossing (fig. 5). Hierdoor is achteraf boren in verhard beton niet aan de orde en daarmee de kans op schade in een gevoelige zone gering. Centrifugaalkrachten Het effect van centrifugaalkrachten betekent voor het oplegsysteem dat de verplaatsingen in twee richtingen worden opgenomen. Dit kan resulteren in dikkere oplegblokken en daarbij behorende grotere verplaatsingen (fig. 7). Hierdoor kunnen zelfs kleine dekken de maximumcapaciteit van een enkelvoudige voegovergang overschrijden indien geen aanvullende maatregelen worden getroffen. Daarnaast moet tevens de zijdelingse verplaatsing worden getoetst in relatie tot de beperkingen van de nieuwe generatie geluidsreducerende voegovergangen. De sinusvormige vingers kunnen slechts een beperkte zijdelingse capaciteit bieden. Het voegconcept moet dus altijd worden afgestemd op het oplegsysteem en vice versa. 7 Conclusie De genoemde voorbeelden zijn veelvoorkomende aspecten die de samenhang tussen het civiel ontwerp en een ogenschijnlijk eenvoudige voegovergangsconstructie weergeven. Integraal ontwerpen betekent vooral de randvoorwaarden inzichtelijk maken. Dit zal in de komende jaren een van de speerpunten zijn voor het Platform Voegovergangen en Opleggingen. In de komende jaren gaat de aandacht vooral uit naar voorlichting, publicaties en een goede invulling van contracteisen. Meer informatie Raadpleeg de Meerkeuzematrix voegovergangen RTD 1007-1, of kijk op de website van het Platform Voegovergangen en Opleggingen: www.pveno.nl. De meerkeuzematrix staat op deze website. 6 4 2014