Glijopleggingen, type D of E?

Norm EN 1337 deel 3 (elastomeeropleggingen) maakt onderscheid in verschillende typen brugopleggingen. Twee daarvan zijn glijopleggingen. De eisen waaraan deze zogenoemde types D en E moeten voldoen zijn nauw omschreven. Een fabrikant moet voor elk van beide typen apart gecertificeerd zijn om ze te mogen produceren.  Wat is het verschil? Wanneer mag of moet een type D of een type E worden toegepast? Welke eisen gelden voor het glijoppervlak?

Type D is een met tenminste twee lagen staal gewapende oplegging (type B) met daarop een polytetrafluoretheen (PTFE) glijlaag die middels vulkanisatie aan het elastomeer is verbonden. De glijlaag is 1,5 tot 2,5 mm dik en wordt al dan niet voorzien van smeerkuiltjes. Type E is eveneens een staal gewapende oplegging met één dikke staalplaat aan de buitenzijde (type B/C) waarin het PTFE is verzonken. Het is 5 tot 8 mm dik en steekt voor iets minder dan de helft boven de staalplaat uit. Bij een type E wordt het PTFE altijd voorzien van smeerkuiltjes. De glijplaat is bij beide types gelijk. Deze bestaat uit een dunne laag gepolijst corrosievast staal op een dragende ondergrond. De verschillende staalplaten mogen door middel van vulkanisatie, verlijming of bouten met elkaar worden verbonden.D-en-E

Wanneer wordt nu gekozen voor het ene of het andere type? In de Engelstalige versie van de 1337‑3:2005, zoals die in Nederland en België wordt gebruikt, vinden we in § 4.4.4 dat type D alleen zou moeten worden gebruikt (… shall only be used …) bij onomkeerbare bewegingen. De Duitstalige editie vermeldt dit als dwingend gebod:… sind ausschließlich zur Aufnahme bleibender Formveränderungen … . Ook de Franse versie is eenduidig terwijl in Frankrijk toch vaak type D wordt toegepast. Alhoewel de NEN- en NBN-versies van de norm dus enige ruimte laten, is het advies om type D toe te passen bij een eenmalige translatie (bijvoorbeeld bij krimp of naspannen van het brugdek) en type E bij terugkerende lengteveranderingen.

De dimensioneringsmethode uit de norm geldt voor vaste elastisch vervormbare opleggingen maar niet voor glijopleggingen. Daar valt daar echter een mouw aan te passen. Alvorens de glijplaat over het PTFE zal schuiven, zal eerst de statische wrijving moeten worden overwonnen. De oplegging zal onder invloed van lengteverandering van het brugdek dus eerst elastisch vervormen totdat de reactiekracht groter is dan wrijving. Het rubber veert dan terug en de glijplaat beweegt over het PTFE. Door dit krachtenspel te herleiden tot een vervorming, kan de oplegging worden gedimensioneerd.

glijplaatDe PTFE-laag moet worden gemaakt uit zuiver gesinterd polyfluorethyleen zonder gebruik van regeneraten of vulstoffen. De tegenspeler, de glijplaat, wordt gefabriceerd uit koudgewalst corrosievast staal kwaliteit 1.4401+2B of 1.4404+2B volgens EN 10088-2. Het oppervlak moet worden geslepen en gepolijst tot een in § 5.4.2 van deel 2 van de norm aangegeven spiegelglad niveau met een bepaalde oppervlaktehardheid.

PTFE-met-smeerkuiltjesDe laagste wrijvingscoëfficiënten worden verkregen met PTFE met smeerkuiltjes. De in de holtes opgeslagen voorraad vet zorgt voor smering op de lange termijn. Ook als geen smeerkuiltjes zijn aangebracht bij een type D moet het glijvlak zijn ingevet.

De glijplaat als geheel moet voldoende star zijn. In § 6.9.4. van deel 2 van de norm zijn daarom eisen gesteld aan de dikte van de draagplaat. Deze is afhankelijk van de lengte en breedte van de rubber kern van de oplegging en dient tenminste 10 mm te zijn.

6.9.4

Tenslotte vinden we in § 5.4 van deel 1 van de norm de eisen ten aanzien van de lengte en breedte van de glijplaat. Deze moet in beide bewegingsrichtingen ± 20 mm langer zijn dan de kern bij een minimale totale beweging van ± 50 mm in de overspanningsrichting en ± 20 mm in dwarsrichting, tenzij een aanslag aanwezig is.

Ontwerp van brugopleggingen, eenduidige communicatie is noodzaak!

Kort voor de fabricage van een partij brugopleggingen bleek de door de opdrachtgever opgegeven translatie niet de totale beweging maar slechts het maximum naar één kant. Een aantal opleggingen was dus berekend met ongeveer de helft van de totale beweging. Dankzij de oplettendheid van het door de aannemer ingehuurde ingenieursbureau werd schade als gevolg van te krap bemeten opleggingen voorkomen. De bouwheer had de ontwerpberekeningen al goedgekeurd!

De dimensionering van brugopleggingen is maatwerk. Dit dient bij voorkeur te worden overgelaten aan de fabrieksconstructeur. Deze kent de normen en is vertrouwd met de berekeningssystematiek. Het ontwerp wordt gemaakt op basis van informatie van de opdrachtgever. Zowel in de fase van prijsvorming als bij de definitieve uitwerking van een opdracht dienen de constructieve eisen aan een oplegging eenduidig gecommuniceerd te worden. Dit is de verantwoordelijkheid van de coördinerend constructeur. Bij een prijsaanvraag volstaat een opgave van belastingen en vervormingen. In de productiefase zijn meer details van belang.

Informatieoverdracht-opleggingenDe werkgroep opleggingen van PVO (Platform Voegovergangen en Opleggingen) onderschrijft het belang van eenduidige communicatie en heeft een formulier voor informatieoverdracht van brugopleggingen ontwikkeld. Het document is afgeleid van tabel B.1 uit norm EN 1337-1. Voor de dimensionering van een oplegging zijn benodigd de maximale en minimale verticale belasting, de maximale horizontale belasting en de maximale vervorming (hoekverdraaiing en translatie) in x- en y-richting. Meer informatie over de bepaling van deze waarden (voor Nederland) is te vinden in het artikel “Dimensionering van brugopleggingen”. De juiste wijze van invullen van het formulier wordt in dit artikel behandeld.

In tabel 1 van de norm EN-1337 deel 1 is een duidelijk overzicht te vinden van typen opleggingen en de bijbehorende symbolen. Soms bestaat een voorkeur voor een bepaald type oplegging, soms niet. Als geen keuze wordt opgegeven, dan zal de fabrieksconstructeur een voorstel doen op basis van beschikbare ruimte, belastingen en prijs.

ankerplaat-onderDe aansluitvlakken boven en onder zijn al van belang bij de prijsvorming. Moeten ankerplaten voor beton worden meegeleverd of kan worden gerekend met boutverbindingen? De gemiddelde toelaatbare oplegdruk kan van belang zijn bij pot- en bolsegmentopleggingen. Als niets wordt ingevuld gaat de fabrieksconstructeur uit van de laagste kwaliteit (bij beton C30/C35).

Ontwerpbelastingen zijn prijsbepalend. Maximale dwarskracht in combinatie met minimale verticale belasting is doorslaggevend voor de toepassing van verankering.

Verplaatsingen moeten bij voorkeur worden opgegeven in twee richtingen vanuit de veronderstelde nulstand. Dus bijvoorbeeld + 50 mm en – 30 mm. Bij glijopleggingen wordt dan gerekend met een glijplaat die 80 mm (± 40 mm) kan opnemen. Afhankelijk van het tijdstip van plaatsen kan immers de voorinstelling worden aangepast. Een gewapend rubber oplegging zonder glijplaat kan echter niet vooraf worden ingesteld. Gerekend wordt dan met de grootste waarde. In het voorbeeld is dit 50 mm. Indien slechts één waarde is opgegeven, wordt deze gehalveerd: 50 mm is ± 25 mm.

In verband met symmetrie van de oplegging over x- en y-as, volstaat bij rotatie (hoekverdraaiing) de grootse absolute waarde. In geval van bijvoorbeeld + 2,5 en – 4,2 wordt gerekend met 4,2 mrad.

Maximale afmetingen van de oplegging kunnen van belang zijn bij de keuze van het type oplegging.

Standaard gebruiken de meeste fabrikanten een corrosiewering klasse “C5I/C5M hoog”. Dat sluit aan op de Nederlandse eisen. In België hanteert men vaak strak voorgeschreven dikten voor de verfsystemen.

aanduidingenDe meeste fabrikanten passen standaard al stofkappen toe op hun glijopleggingen, maar vermelding kan geen kwaad in de inkoopfase. De plek van aanduidingen (CE-typeplaatje) en wijzers  kan van belang zijn op lastig inspecteerbare plaatsen.

Een oplegschema met x- en y-as draagt bij aan het begrip van de ontwerper en wordt overgenomen op de productietekeningen. Ten behoeve van de plaatsing wordt een deel van de informatie vermeld op de opleggingen zelf.

Productie van gewapend rubber brugopleggingen

In bestekken worden soms aanvullende, van de norm afwijkende, eisen gesteld aan het elastomeer van een gewapend rubber brugoplegging. Doorgaans is dit niet toegestaan omdat het door de Europese Unie wordt gezien als handelsbelemmering. Los daarvan heeft een aanpassing van het rubbermengsel verstrekkende gevolgen voor het productieproces. Dit is namelijk afgestemd op de receptuur waarmee de fabrikant zijn accreditatie heeft verkregen om producten met CE-markering op de markt te mogen brengen. Een ander mengsel betekent een andere vulkanisatieprocedure, dus andere instellingen van pers en oven. De ontwikkeling van het ideale fabricageproces is ook voor een rubbertechnoloog een tijdrovende klus. Te weinig druk of temperatuur geeft onvoldoende vulkanisatie, bij teveel druk of temperatuur wordt niet de gewenste molecuulstructuur verkregen. Om een idee te krijgen wat komt kijken bij het maken van gewapend rubber opleggingen, wordt in dit artikel de fabricage beschreven.

Het staal voor de wapeningsplaten wordt na een ingangscontrole op een dergelijke wijze geregistreerd, dat van elk eindproduct bekend is coatenuit welke partij het staal afkomstig was. Platen van de juiste dikte worden gezaagd in de afmetingen die nodig zijn voor de productie van een serie opleggingen. Vervolgens worden ze gestraald, ontvet en voorzien van een coatingsysteem waarmee een optimale hechting wordt verkregen tijdens het vulkaniseren. Na droging gaan de plaatjes, gescheiden door een PE-folie, naar de assemblage-afdeling.

De fabricage van een goed homogeen rubbermengsel is vergelijkbaar met het maken brooddeeg. Eerst worden alle ingrediënten op elektronische precisieweegschalen afgewogen. Vervolgens worden ze kneedbaar gemaakt en in mixer gemengd tot een homogeen geheel. Met de toevoeging van weekmakers en versnellers op de juiste momenten worden op verwarmde cilinders tenslotte vellen gemaakt die minimaal 24 uur worden opgeslagen om te ontgassen en uit te harden. Vellen uit verschillende mixsessies worden samengebracht tot partijen van ongeveer driehonderd kilo.

kalenderenIn een zogenoemde kalendermachine worden de vellen eerst verwarmd en gemengd om vervolgens tussen stalen walsen tot rollen van een vooraf bepaalde dikte te worden gevormd. Een polyethyleen scheidingslaag voorkomt verkleving van het rubber. Monsters uit elke partij worden in het interne laboratorium gecontroleerd op rek bij breuk en Shore hardheid. Verouderingsproeven worden periodiek uitgevoerd. Alleen als het rubber voldoet aan de in norm EN 1337 gestelde eisen, mag het worden gebruikt voor de productie van CE gemarkeerde opleggingen. Daartoe wordt platen van de juiste dikte gesneden in de lengte en breedtemaat van een bestelde partij opleggingen. Van elke oplegging is bekend uit welke partij deze is gemaakt.

Op de assemblage-afdeling komen staal- en rubber platen samen. Op een productieformulier staat in woorden en getallen precies aangegeven hoe en uit welke componenten de serie opleggingen wordt opgebouwd. Tevens is vermeld wat de benodigde persdruk en vulkanisatietijd is voor de betreffende serie opleggingen. Na controle van de aangeleverde materialen wordt de kern van de eerste oplegging aan de hand van het formulier op de juiste wijze gestapeld. Dan wordt de zijbekleding aangebracht. Na controle op gewicht worden soms kleine correcties gemaakt. Productietekeningen, zoals soms voorgeschreven, worden bij de fabricage van rubber opleggingen niet gebruikt.

matrijsDe medewerker die de vulkanisatiepers bedient, zorgt voor de instelling van de matrijs. Hij stelt de juiste temperatuur en druk in en plaatst de “nog niet afgebakken” oplegging in de matrijs. Nadat overtollige lucht uit de stapel is verwijderd, wordt de machine aangezet.

De eerste oplegging van een serie wordt uitvoerig gecontroleerd op maatvoering. Alleen als deze binnen de toleranties valt, wordt de rest van de serie geproduceerd. Als één of meerdere maten niet klopt, worden in overleg met de productiemanager corrigerende maatregelen genomen. De complete serie opleggingen gaat vervolgens naar de afdeling die verantwoordelijk is voor de eindcontrole. Na een akkoord kunnen de opleggingen op transport.

EN 1337 en Standaardbestek 260

Bij koninklijk besluit van 12 juli 2012 is de bouwproductenverordening nr. 305/2011/EU vastgesteld. Dat houdt in dat het document, dat ook bekend staat als Construction Products Regulation (CPR), per 1 juli 2013 in werking is getreden. Voor de levering van brugopleggingen betekent dit dat de geharmoniseerde norm EN 1337 van toepassing is. Desgewenst mogen hogere eisen worden gesteld. Deze dienen dan expliciet te worden vermeld. Een simpele verwijzing naar het hele Standaardbestek 260 (“SB 260”) volstaat niet. Bijkomend is dat het document ten dele verouderd is. Volgens een bekendmaking van de Vlaamse Overheid is het in werking getreden op 1 oktober 2012. Dat is dus voordat de CPR van kracht werd. Een Europese verordening heeft natuurlijk voorrang op nationale regelgeving, maar waar lopen we tegenaan als de documenten naast elkaar gebruikt worden?

In hoofdstuk 21 (ontwerp, studie en berekeningsnota’s) komen we het volgende tegen:

  • SB260Artikel 4.2.2.3 (pagina 167): in gebruikstoestand mogen opleggingen in geen enkel belastinggeval op trek worden belast. Regelmatig ontvangen wij aanvragen voor projecten waar dit wel het geval is.
  • Artikel 5.5.6 (pagina 218): tweezijdige hoeklassen dienen minstens 5 mm te zijn. De vraag doet zich voor of dit van toepassing is op opleggingen. Deze worden in een apart hoofdstuk behandeld. Belangrijker is echter dat een CE-gecertificeerde fabrikant zelf verantwoordelijk is voor het ontwerp van zijn producten.
  • Artikel 6.9 (pagina 274) schrijft voor dat een tabel met belastingen en vervormingen moet worden aangereikt aan de leverancier van de opleggingen. Helaas is dit bijna nooit het geval. Ook niet als hier nadrukkelijk om gevraagd wordt.

In hoofdstuk 26 artikel 5.2 (pagina 744) vinden we de verplichting om een keuringsrapport 3.2 voor staal te overleggen. De auteurs geven hiermee blijk weinig begrip van CE-markering te hebben. CE-markering immers betekent dat bij elke partij opleggingen een prestatieverklaring (Declaration of Performance of DoP) wordt meegeleverd. Dat staat voor een kwaliteitscontrole van de hele toevoerketen. EN 1337 eist een keuringsrapport 3.1.

CE-Type-BIn hoofdstuk 32 paragraaf 33 zijn de eisen aan de oplegvoorzieningen vermeld. Belangrijk is dat de opleggingen dienen te worden geleverd onder attesteringsniveau 1, de hoogste kwaliteit. Een aantal zaken sluit echter niet goed aan bij de huidige regelgeving en praktijk:

  • Van het meest voorkomende type oplegging (gewapend rubber) worden geen tekeningen gemaakt. Voor de productie-afdeling volstaat een simpele maataanduiding.
  • De Shore-A hardheid (33.2.1.1) van rubber is geen eis in de EN 1337. Sinds het uitkomen van deze norm in 2005 is alleen de G-modulus van belang. Een hardheidsmeting kan worden gebruikt als indicatie voor de homogeniteit van het rubber. Hardheid als eis is een handelsbarrière en dus een economisch delict.
  • De horizontale vervormingsproef (33.1.3.3) duidt op een controle van de conformiteit. Dit is door CEN verboden en ook onnodig. De geaccrediteerde fabrikant kan op verzoek de eigen testresultaten leveren. De proeven zijn onderdeel van het kwaliteitsbewakingssysteem.
  • 33.4.1.2.B: Alle controleberekeningen volgens de Eurocodes zijn in UGT. De hoofdconstructeur is verantwoordelijk voor een juiste opgave van belastingen en vervormingen. Zie ook “Dimensionering van brugopleggingen“.
  • 33.7.1.1: Potopleggingen dienen een polychloropreen kussen te hebben. Waarschijnlijk gebruikt niet alleen onze fabrikant daarvoor natuurrubber.  Dit kussen is akkoord bevonden voor toepassing in een potoplegging.
  • EN 1337-deel 9 schrijft voor dat de corrosiebescherming minstens tien jaar moet functioneren. In onder meer Duitsland, Nederland en België gaat men uit van een systeem dat voldoet aan de eis “C5-I/C5-M hoog” volgens ISO 12944. Daarvoor geldt een levensduur van tenminste vijftien jaar. Waar Nederlandse en Duitse overheden schade_corrosieweringde opbouw van het verfsysteem overlaten aan de markt, geeft SB 260 voorbeeldsystemen waar slechts minimaal van mag worden afgeweken. Dit is niet altijd de opbouw waar verffabrikanten direct vierkant achter gaan staan.

Renovatie van een nieuwe voegovergangsconstructie

Eind oktober 2015 werd een nieuwe fietsbrug geplaatst over de Blaloweg in Zwolle. Na ingebruikname werden de voegovergangsconstructies door de gebruikers als hobbel in de weg ervaren. Het ging hier om een eigen ontwerp, niet om een standaardproduct. Hoofdaannemer Reef Infra vroeg Arcas om advies. In goed overleg werd een oplossing bedacht die sinds juli 2016 naar tevredenheid functioneert. Terloops werd het nog niet onderkende probleem van de waterdichtheid opgelost.

brugDe Blalobrug is de hoofdverbinding voor fietsers uit Westenholte, Stadshagen en Kampen naar de binnenstad. Veel schoolgaande jeugd maakt gebruik van de route. De fietsbrug is 51 meter lang, 7,5 meter breed, 7 meter hoog en weegt ruim 100 ton. De boogbrug werd gebouwd op een nabijgelegen industrieterrein en is in zijn geheel op speciale karren naar zijn plaats gereden. Nadat de laatste trein op de belendende spoorlijn Zwolle – Kampen was gepasseerd, werd de boogbrug in een nacht op zijn plaats gehesen. De brug bestaat uit stalen hoofdliggers met daartussen geprefabriceerde betonnen platen waarop een druklaag is aangebracht.

DsnDe oorspronkelijk voegconstructie bestond uit twee verankerde corrosievast stalen hoeklijnen met daarop een eveneens corrosievast stalen strip van 10 mm dik. In eerste instantie was de hobbelgedachte om de afdekstrip te  vervangen door een compressieprofiel en de toplaag af te frezen tot het niveau van de hoeklijnen. Een dergelijke constructie wordt vaker toegepast bij kleine verkeersbruggen. De ervaring leert echter dat de voeg zelden waterdicht blijft. Bij deze brug bevinden alle afvoeren zich op de landhoofden, dus al het hemelwater dat op de brug terecht komt stroomt over de voeg.

randafwerkingOok het oorspronkelijk ontwerp was niet waterdicht. In theorie zou hemelwater over de stalen strip naar de andere kant van de voeg stromen, maar in dit geval was de hellingshoek daarvoor veel te gering. Capillaire werking en wind zorgen dat het water kan indringen. Voor constructies met een schubsgewijze opbouw zoals pannendaken geldt een minimale randafwerking2hellingshoek van 15°. Dan nog zijn aanvullende maatregelen nodig. Bijkomend probleem in de waterdichting was de randafwerking. De bovenliggende strip was weliswaar opgezet, maar het onderste hoekprofiel niet. De hier aanwezige kitnaad vertoonde een half jaar na ingebruikname al een scheur. Logisch, als bedacht wordt dat de hoofddraagconstructie is verbonden met het brugdek en enkele meters doorloopt. Het einde van de liggers beweegt dus langs het landhoofd.

In eerste instantie werd gedacht een standaard voegprofiel type VA.8.115/20 aan te brengen. Dit profiel heeft een zeer geringe hoogte. Voordeel is dat nauwelijks gefreesd hoeft te worden. Bij dit project zaten de stalen hoeklijnen echter in de weg.

nieuwAlle Buchberger profielen worden grotendeels opgebouwd uit standaard staalprofielen. Dat betekent dat betrekkelijk eenvoudig onderdelen kunnen worden weggelaten of worden vervangen door een andere kwaliteit. Hier werd gekozen voor een voegprofiel zonder voetplaat en een corrosievast stalen onderconstructie. Het aangepaste voegprofiel werd vastgelast op de al aanwezige hoeklijnen. Uiteraard werd het profiel van de weg – met name de goten aan weerszijden – gevolgd.  Het hoogteverschil met het oorspronkelijke wegdek werd opgevangen met een ter plaatse gemaakte spie van kunstharsmortel.

randafwerking_nieuwBijzondere aandacht werd gegeven aan de afwerking tegen de draagbuizen. Hier werd besloten de voeg met een haakse bocht te volgen tot de hemelwaterafvoer. Een perfecte waterdichting werd verkregen door de wandaansluiting tegen de buis te bevestigen.

Klik hier voor meer informatie over voegovergangsconstructies voor fiets- en voetgangersbruggen

Dimensionering van brugopleggingen

Wekelijks ontvangen wij aanvragen voor de levering van brugopleggingen. Bij simpele gewapende elastomeeropleggingen zijn de afmetingen vaak bepaald door de constructeur van het kunstwerk. Zodra het complexe opleggingen betreft, laat men het ontwerp over aan de leverancier. Daar zijn we blij mee. Onze fabrieksspecialisten weten immers het best wat mogelijk is. Zij treden op als deelconstructeur.

Voor een goed ontwerp is een lijst van belastingen en vervormingen benodigd. Per oplegpunt! Deze wordt onder verantwoordelijkheid van de hoofdconstructeur opgesteld. Aan de toegezonden overzichtslijsten mankeert vaak wat. Uiterste grenstoestand (UGT), bruikbaarheidgrenstoestand (GGT), alles wordt door elkaar gebruikt. Vaak ontbreken ook gegevens. Welke informatie hebben wij nodig? En hoe bepaalt u de juiste waarden? In dit artikel helpen we u op weg.

Voor de dimensionering van een oplegging zijn benodigd de maximale en minimale verticale belasting, de maximale horizontale belastingen en de maximale vervormingen (hoekverdraaiing en translatie) in x- en y-richting. Zoals gebruikelijk in de constructieleer worden de belastingen vaak in UGT aangereikt en de vervormingen in GGT. Dit leidt elke keer tot verwarring. De Europese fabrikanten vragen ook bij de vervormingen om UGT-waarden. Om het helder te krijgen vroeg ik Sjaak van der Sel, studiegenoot en hoofdconstructeur bij Everspartners, om te vertellen hoe het nu zit.

eurocodesIn de constructieleer wordt gewerkt met de Eurocodes (NEN-EN 1990 – 1999). Deze zijn van toepassing voor heel Europa, maar de lidstaten mogen Nationale Bijlagen toevoegen. “Net als in onze studietijd geldt nog steeds het verschil tussen gebruiksbelasting en rekenbelasting” aldus Sjaak. “De rekenbelastingen worden vastgesteld door blijvende en opgelegde belastingen te vermenigvuldigen met nauw omschreven veiligheidsfactoren. Bij vervormingen wordt uitgegaan van de berekende waarden in gebruikstoestand. Voor bepaalde bouwwerken kunnen echter uitzonderingen gelden. Ook kunnen belastingcombinaties met bijbehorende factoren worden voorgeschreven.”

Voor kunstwerken geldt in Nederland bijlage A2 van de NEN-EN 1990. Hierin vinden we de rekenwaarden voor de belastingen. Tevens is vermeld dat de veiligheidsfactoren voor verkeers- en andere belastingen voor de bruikbaarheidsgrenstoestand kúnnen zijn vastgelegd in een nationale bijlage. Dat blijkt in Nederland niet het geval. Belangrijker is echter de vermelding dat de combinaties niet van toepassing zijn op opleggingen en voegovergangsconstructies!

rok-1-3Waar kunnen we dan wel terecht? In Nederland kennen we de Richtlijnen Ontwerpen Kunstwerken (ROK 1.3; inmiddels 1.4 zie “EN 1337 en RTD 1012“) van Rijkswaterstaat. Deze verwijst naar de RTD 1012 ‘Eisen voor brugopleggingen’. In § 1.1.3 zien we dat ‘de belasting- en verplaatsingsfactoren moeten zijn ontleend aan NEN-EN 1990/NB. Daarbij moet voor UGT de verplaatsingsfactor in relatie tot bewegingen ten gevolge van temperatuur worden genomen als 1,1 …’. Verder vinden we de nodige informatie over de hanteren combinatiefactoren.

Nader onderzoek leert dat in Duitsland een nationale bijlage DIN EN 1990/NA/A1 van kracht is. Hierin staat onder meer dat vervormingen als gevolg van kruip en krimp zoals berekend met de Eurocode verhoogd dient te worden met een factor 1,35. Naar verluid is het betreffende deel van de Duitse nationale bijlage overgenomen door de commissie CEN/TC 167 (Structural bearings) en als voorstel ingediend voor opname in de nieuwe EN 1337-1. De regels gelden dus nog niet voor Nederland en België. Opmerkelijk is echter dat de dimensioneringscriteria voor gewapend rubber brugopleggingen uit EN 1337-3 hoofdstuk 5 al wel uitgaan van design-waarden voor translaties en rotaties (zie § 5.3.3 van norm EN 1337-3).

kgeDe hoofdconstructeur is verantwoordelijk voor het constructief ontwerp én voor de samenhang van de verschillende deelconstructies die door leveranciers zijn uitgewerkt. Deze taakverdeling is nauwlettend beschreven in de uitgave ‘Plan van aanpak constructieve veiligheid’ van het voormalig ministerie van VROM en de betonvereniging: “Uitgangspunten met betrekking tot belastingen, de krachtwerking, sterkte, stijfheid en stabiliteit moeten helder worden vastgelegd, beheerd en gecommuniceerd”.  In geval van brugopleggingen is dit mijns inziens een zware verantwoordelijkheid zolang eenduidigheid over de totstandkoming van deze gegevens ontbreekt. Het thema is ingebracht in de werkgroep opleggingen van PVO. Dit heeft in 2018 geleid tot het gebruik van een formulier dat is afgeleid van tabel 1 uit norm EN 1337-1.

Voegovergangsconstructies, van bestellen tot plaatsen

Bij de bouw van een nieuwe brug over het Zenne kanaal Brussel-Schelde in Vilvoorde werden ‘waterdichte brugdekvoegen met een dilatatiecapaciteit van 80 mm’ voorgeschreven voor de afwerking van de voegen tussen landhoofden en brugliggers. Aan één zijde van de brug is de voeg zestien meter lang, aan de andere kant 22 meter. Hoofdaannemer CEI De Meyer – medio 2015 opgegaan in BAM Contractors  – bestelde voor het werk van overheidsorganisatie Waterwegen en Zeekanaal nv de voegconstructies van onze fabrikant Schreiber Brücken Dehntechnik (SBD). Een fabrieksmonteur werd ingeschakeld om ze te plaatsen. Hoe verloopt het proces van bestellen tot plaatsen?

Volgens de terminologie van de Nederlandse Rijkswaterstaat gaat het hier om ‘enkelvoudige voegovergangsprofielen met een in constructie opgenomen stalen randprofielen met ingeklemde voegprofielen’. Dit zijn degelijke staalconstructies die al jaren worden toegepast bij kunstwerken. In de nieuwbouwvariant is de verwachte levensduur veertig jaar. SBD produceert  zo’n 3.000 meter ontwerpper jaar van deze zogenoemde voegovergangsconstructies (voc’s)  en monteert ze doorgaans ook. De kern van elke voc is het klauwprofiel. Hierin wordt het rubber afdichtingsprofiel geklemd waarmee de waterdichting wordt gerealiseerd. De verankering wordt afgestemd op de brugconstructie. Vóór fabricage wordt eerst een ontwerp gemaakt, waarin naast de verankering ook het profiel van de weg inclusief knikken en trottoirs wordt aangegeven.

In het geval van deze brug ging het om twee vlakke voegen zonder knikken of trottoirs. Bijzonder was wel dat het brugdek later zou worden afgewerkt met een bestrating van tien centimeter dikke basaltblokken in een mortelbed en niet, zoals gebruikelijk, met een laag asfalt. voc_inhijsenOm deze reden moest de constructie flink hoger worden dan normaal. Het eerste ontwerp werd gemaakt op basis van de tekeningen van de opdrachtgever. Na aanpassing van enkele kleine details, konden de voegconstructies in productie worden genomen in de fabriek in Mainhardt.

Op de afgesproken dag werden de brugvoegen aangevoerd. De lengte van zestien meter in één geheel, de voc van 22 meter om vervoertechnische redenen in twee delen. Voor zover mogelijk waren de rubber profielen al in de klauwen aangebracht. Met een mobiele kraan werden de voegconstructies naast de voegen geplaatst. Hier konden de transportsteunen worden verwijderd. Vervolgens werden ze boven de sparing gehangen. De fabrieksmonteur kon op die manier zien welke wapeningsbeugels moeten worden omgezet. Zodra de voegconstructie past_perfectweer uit de sparing was getild, konden de beugels – zowel van de voeg als van landhoofd en brugdek – met behulp van voorhamer en stootijzer in de gewenste positie worden gezet. Toen de voegconstructies definitief op hun plaats werd gezet, paste alles perfect.

bekistingsblikSBD voegconstructies zijn altijd voorzien van een verloren bekisting. Deze 1 mm dikke verzinkte stalen plaat is gemonteerd aan de constructie. Het moet voorkomen dat betonmortel, bij het vullen van de resterende sparing, in de voeg loopt. Alvorens de voegconstructie kan worden geplaatst moet het blik worden voorzien van binddraad. Hiermee wordt de bekisting later strak tegen de voegwanden aangetrokken. Bij deze klus worden de medewerkers van de aannemer ingeschakeld. Zodra de voegconstructies definitief op hun plaats zijn gezet, is de kraan niet meer nodig. Het op de juiste hoogte stellen gebeurt met dommekrachten. De uitvoerder geeft aan wat de juiste positie is. Vervolgens kan de fabrieksmonteur aan de slag. op_hoogte_stellenMet behulp van een waterpastoestel en de dommekrachten worden voegconstructies op de juiste hoogte uitgelijnd. Zodra dit is gebeurd, worden wapeningsstaven aangebracht door de beugels en wordt de constructie vast gelast. Daarna kunnen de afstandhouders worden verwijderd.

De twee delen van de 22 meter lange voegconstructie werden aan elkaar gelast. Vervolgens werd de corrosiewering hersteld en het rubber voegprofiel in het kortste deel aangebracht. Hiermee waren de werkzaamheden van de fabrieksmonteur klaar. De afwerking was, zoals altijd, een taak van de hoofdaannemer.

Ervaringen met bekistingsfolie

Het is algemeen bekend dat de huid vaak poreuzer en minder dicht is dan de rest van een betonnen element. Dit is meestal het gevolg van een plaatselijk hogere water-cementfactor.  Door verdichting wordt lucht en overtollig water naar de buitenzijde gedreven. Bij de bekisting houdt de migratie op. Na verwijdering van de mal zijn oppervlaktegaten (gietgallen) en watergerelateerde vlekken zichtbaar. Ontwerpers en betontechnologen hebben geprobeerd om het probleem van de lage kwaliteit van de betonhuid aan te pakken door het voorschrijven en ontwikkelen van bijvoorbeeld oppervlaktebehandelingen, coatings en betere betonmengsels. Desondanks wordt in Groot-Brittannië jaarlijks meer dan £ 100 miljoen besteed aan de reparatie van betonnen bruggen.

Ontwikkeling van CPF
werking_CPFControlled Permeability Formliners (CPF’s) zijn filterdoeken die op de bekisting worden bevestigd. Tijdens de stort ingesloten lucht en overtollig water wordt in het doek afgevoerd, terwijl  cement en andere kleine deeltjes achterblijven. Zowel in het laboratorium als in de praktijk is bewezen  dat het cementgehalte in de dekkingszone met CPF-systemen wordt verhoogd.  Gelijktijdig gaat de porositeit en permeabiliteit  omlaag. CPF is ontwikkeld in de jaren ’80 en op grote schaal gebruikt bij spoorbruggen in Europa en het Verre Oosten. Inmiddels zijn zo’n tweehonderd artikelen geschreven over de bevindingen.

Het gebruik van bekistingsdoek geeft twee belangrijke voordelen:

  • een glad en egaal oppervlak, relatief vrij van gaten, vlekken en onbesmet door restanten van lossingsmiddelen;
  • een dekkingszone met aanzienlijk verbeterde duurzaamheid .

Omdat geen lossingsmiddelen hoeven te worden gebruikt, heeft het betonoppervlakte een betere weerstand tegen bacteriegroei in wisselend natte en droge omgeving .

Kleur en textuur
met-zonder_CPFCPF wordt voornamelijk ingezet als middel ter verbetering van de degelijkheid van gewapend beton. Bijkomend voordeel is een aanzienlijke vermindering van oppervlaktegaten en vlekken. Met de meeste van deze bekistingsfolies kan een esthetisch verantwoorde textuur worden gemaakt.  CPF-beton is donkerder door de aanwezigheid van meer cementdeeltjes aan het oppervlak.  Bronnen geven aan dat dit effect minder wordt met de tijd. Een bijkomend voordeel van verdichting van de betonhuid is de beperkte diepte waarop graffiti kan indringen. Gebleken is dat verf zich eenvoudiger laat verwijderen dan bij gewoon beton.

Effect op de weerstand
doorsnede_CPFCorrosie als gevolg van chloridepenetratie  is een van de belangrijkste oorzaken van de aantasting van gewapend beton. Het gebruik van CPF’s vermindert de indringing van chloride ionen met 50 tot 60%. Aantasting door carbonatatie – een reactie van koolstofdioxide met calciumhydroxide – wordt in het algemeen beschouwd als geringer probleem. In grote steden kan de CO2 concentratie echter hoog zijn. Uit onderzoek blijkt dat CPF’s de invloed van carbonatatie met 50 tot 100% kan terugbrengen. Vorst-dooischade treedt op  in een vochtige omgeving. Alhoewel het tegendeel werd verwacht, blijkt CPF-beton een betere weerstand te hebben tegen vorst dan conventioneel beton. Een optimaal resultaat werd bereikt met een combinatie van CPF, luchtbelvormers en hydrofobeermiddelen. Het gebruik van bekistingsfolie is het meest effectief op plaatsen waar verdichting lastig is.

Kosten-batenanalyse
Tegenover de kosten van de aanschaf en het aanbrengen van een CPF-systeem staan besparingen:

  • uithardings- en/of losmiddelen zijn overbodig;
  • een lagere kwaliteit multiplex kan worden gebruikt;
  • minder cosmetische reparaties;
  • bekistingsfolie kan meermaals gebruikt worden. Uit studies blijkt dat tussendoor gereinigd doek beter presteert dan ongewassen materiaal.

Veruit de grootste voordelen worden bereikt wanneer de hele levensduur van de constructie in beschouwing wordt genomen. Verbetering van de duurzaamheid kan leiden tot vermindering van onderhoudskosten en/of dure reparaties.

Slotopmerking
Om een bepaalde levensduur van een brug te kunnen realiseren, is het noodzakelijk dat opdrachtgevers, ontwerpers en aannemers aandacht hebben voor omgevingsinvloeden.  Dit is vooral van belang voor die onderdelen die bloot staan aan de schadelijke effecten van chloride ionen, kooldioxide of vorst.

Bovenstaande tekst is een samenvatting van een ‘Current Practice Sheet’ van de Britse Concrete Bridge Development Group. Het oorspronkelijke artikel (CPS 10 – Controlled Permeability Formwork) is na registratie gratis te downloaden op http://www.cbdg.org.uk/pubs3.asp. De afbeeldingen zijn van Fibertex A/S / Arcas Trading BV.

Voor meer informatie over CPF’s lees het artikel “Voorkom mosaangroei en betonaantasting“.