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.

De 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.

De 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.

De 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.

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:

• Artikel 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.

In 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 de 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.

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.

In 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!

Waar 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).

De 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.

Stalen brugopleggingen, van bestelling tot levering

Gecompliceerde brugopleggingen als de verankerde en gefixeerde elastomeeroplegging, de piston (potoplegging) en de bolsegmentoplegging kunnen niet van de ene op de ander dag worden geleverd. Voor ontwerp en productie moeten enkele maanden worden uitgetrokken. Sinds de introductie van de EN 1337 “Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen” is de communicatie tussen klant en de veelal buitenlandse fabrikant wel een stuk eenvoudiger geworden. Met name op het gebied van het ontwerp. De klant stelt de voorwaarden, de fabriek ontwerpt en produceert op basis van de norm. Door de introductie van CE-markering per 1 juli 2013 behoren ook de controles van het productieproces tot het verleden. In de norm is zelfs het transport, de opslag en de montage vastgelegd. Uiteraard zijn er nog wel enige aandachtspunten. In dit artikel wordt het proces van ontwerp tot levering en opslag beschreven.

De hoofdzakelijk stalen opleggingen komen doorgaans alleen voor bij  grote kunstwerken. Rijkswaterstaat is in Nederland de grootste opdrachtgever van de bouw van viaducten en bruggen van enig formaat. In dit artikel gaan we daarom gemakshalve uit van een project van de nationale overheid. Hiervoor geldt de RTD 1012. Dit technisch document wordt in samenhang gebruikt  met de EN 1337. In de RTD 1012 zijn onder meer de aanvullende ontwerpeisen (ten opzichte van de EN 1337) vermeld voor de diverse typen opleggingen.

De fabrikant van de opleggingen is in eerste instantie geïnteresseerd in de maatgevende belastingen en vervormingen per steunpunt. Hierop kan een eerste ontwerp en dus een prijs worden gemaakt. In bijlage A van de RTD 1012 zijn de belastingcombinaties gedefinieerd waarop de op te geven waarden dienen te worden gebaseerd. Ook van belang is de gewenste corrosiewering. De norm geeft op dit gebied een hoop vrijheid en de fabrieksstandaard hoeft niet gelijk te zijn aan de eisen van de opdrachtgever.

Nadat opdracht is verstrekt maakt de fabrikant een ontwerp op basis van de uitgangspunten die eenduidig zijn gecommuniceerd. De fabrikant is hiervoor verantwoordelijk. Waar voorheen gebruik werd gemaakt van nationale rekenregels gelden nu de Eurocodes. Dit vergemakkelijkt een eventuele communicatie aanzienlijk. De eerste productietekeningen met daarop de uitgangspunten worden vervolgens ter controle voorgelegd aan de opdrachtgever. Met name de aansluiting op de boven- en onderbouw is hier van belang. Passen de verankeringen goed in het wapeningsplan? Verder dient gecontroleerd te worden op de mogelijkheden van eenvoudige inspectie, onderhoud en vervanging. Na eventuele aanpassingen van de tekeningen volgt op zeker moment een akkoord en kan de productie worden ingepland. Voor gewapend rubber opleggingen met geleidings- en vasthoudconstructies geldt een levertijd van circa twee maanden. De productie van pot- en bolsegmentopleggingen duurt nog een paar weken langer.

Transport en opslag  van de opleggingen is vastgelegd in deel 11 van de Europese norm. Het belangrijkste punt is dat de planparallelliteit van boven- en onderconstructie alsook de voorinstelling gewaarborgd blijft totdat de oplegging volledig is bevestigd aan de boven- en onderbouw. De producent maakt daarvoor gebruik van hulpconstructies.

In voorbije jaren hadden Rijkswaterstaat en de Vlaamse overheid eigen controleurs die de fabriek bezochten om afnamekeuringen uit te voeren. Met de CE-markering is de controle op essentiële kenmerken overbodig geworden. De fabriek heeft een uitgebreid eigen kwaliteitsbewakingssysteem en de productie wordt een aantal maal per jaar gecontroleerd door een aangemelde instantie. Indien een opdrachtgever toch zelf de kwaliteit wil (laten) beproeven, dan vindt zo’n afnamekeuring om praktische redenen plaats in de fabriek.

Direct bij aflevering dienen de opleggingen door de klant nog wel gecontroleerd te worden op onder meer:

• Uiterlijke schade met name aan de corrosiewering
• De positie van de transportvergrendeling
• De juistheid van de eventuele voorinstelling
• De markeringen op de boven- en onderkant
• De juistheid van de informatie op de genormeerde typeplaten

Eventuele afwijkingen dienen onmiddellijk te worden gemeld aan de leverancier. De opleggingen moeten vervolgens  op de voorgeschreven wijze worden opgeslagen tot het moment van montage. In een later artikel zal de montage van de stalen brugopleggingen worden behandeld.

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 per 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. Om 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 weer 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.

SBD 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. Met 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.