Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken Rob de Meijer Dienst Infrastructuur Afdeling Civiele Techniek 4 november 2010

Inhoud presentatie Inleiding Aanpak beoordelen Dwarskrachtproblematiek betonnen kunstwerken Renovatie Bruggen Gewapend betonnen plaat Voorgespannen betonnen kokerligger Versterken kunstwerken Conclusies Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

1. Inleiding Voorbereiding aanleg spitsstroken of extra rijstroken in 2002 Beoordelingen op basis van (nieuwbouw) ontwerp door ingenieursbureaus De meeste betonnen kunstwerken van voor 1976 blijken niet aan de huidige eisen te voldoen Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Inleiding Oorzaken Toename zwaar vrachtverkeer Rijstroken dichter bij de rand van het kunstwerk Dikker asfaltpakket door b.v. ZOAB Trendbreuk m.b.t. dwarskracht in de betonvoorschriften in 1974 Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

1. Inleiding Deskundigheid constructeur Moet ruime kennis hebben van: bestaande constructies en bouwmethoden oude en nieuwe voorschriften oude en nieuwe materialen Ervaring met omgaan met oude constructies Uitgangspunt zijn de gerealiseerde afmetingen en de aangebrachte wapening Schematiseren van de constructie Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

2. Aanpak beoordelen Richtlijnen voor het beoordelen van bestaande constructies (RBBK) Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

3. Dwarskrachtproblematiek betonnen kunstwerken Hoofdwegennet Het grootste probleem bij betonnen kunstwerken blijkt de dwarskrachtbeoordeling Toename van de belastingen door verkeer en asfalt Ontwerpmethode voor 1974 Bros bezwijkgedrag bij dwarskracht Incidenten in het buitenland Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

3. Dwarskrachtproblematiek betonnen kunstwerken Rampscenario: Minneapolis 35W Bridge Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

4. Renovatie Bruggen fase 1 Inspecties en inventarisatie 2014 constructies voor 1975 + 6 tunnels 1826 constructies geïnspecteerd 13613 foto’s om de huidige situatie (wegindeling en asfaltdikte)te beschrijven De meeste constructies konden worden ondergebracht in 6 typische constructietypen: kokerbruggen (prefab) balken platen T-profielen Doosconstructies en onderdoorgangen Tunnels Daarnaast nog enkele kritische constructiedetails: tandconstructies, etc. Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Categorie-indeling kunstwerken Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

4. Renovatie Bruggen Fase 2 uitvoeren Quick Scan Classificatie 1 t/m 5 (1 is akkoord en 5 heeft het hoogste risico) Lage betonkwaliteit aangenomen Meestal K160 bij platen (beperkt K225 of K300) K250/K300 bij T-liggers (beperkt K450) Vereenvoudigde schematisatie Verzwaringen lijf niet meegenomen Onjuiste basisgegevens Tekeningen verschillen Fouten in database Ontbrekende gegevens Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

4. Renovatie Bruggen Verfijnde berekening Welke mogelijkheden hebben we om constructies te laten voldoen aan de dwarskrachttoets? Materiaalonderzoek Onderzoek naar werkelijk belastingmodel Veiligheidfilosofie voor bestaande constructies Complexe berekeningen Onderzoek naar extra capaciteit Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

4. Renovatie Bruggen Materiaalonderzoek Conclusies: De constructies hebben een veel hogere betondruksterkte dan de ontwerpwaarde Voor gewapende constructies niet kleiner dan C37/45 Voor voorgespannen constructies nog hoger: C50/60 Alle rekenwaarden zijn gevonden door druk- en trekproeven op geboorde c1linders Één-assige trekproeven geven een veel te lage treksterkte. De splijttreksterkte geeft een juister beeld Op advies TU/TNO in het vervolg alleen druksterkte bepalen, omdat relatie trek/druk gelijk is aan huidige beton Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Veiligheidsfilosofie voor bestaande kunstwerken 4. Renovatie Bruggen Veiligheidsfilosofie voor bestaande kunstwerken Uitgangspunt NEN 8700 voor bruggen Verbouwfactoren gevolgklasse 3 voor kunstwerken in en over de rijksweg Afkeurcriterium nog 5 % lager Duurzaamheid wordt beoordeeld op basis van inspectie Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

(Complexe) berekeningen 4. Renovatie Bruggen (Complexe) berekeningen Voor de diverse typen constructies zijn er op basis van de risicobeoordeling in de Quick scan een flink aantal kunstwerken herberekend. Wat opvalt is de grote spreiding in de resultaten. Meestal zijn de aannamen conservatief, maar het aantal fouten in de berekeningen is ook veel te groot. Dit leidt tot de vraag in hoeverre je veiligheidfactoren kunt reduceren. Moet er niet een grotere modelfactor/constructeursfactor in rekening worden gebracht? Daarnaast zijn er complexe fysisch niet-lineaire berekeningen gemaakt voor o.a. 3 verschillende T-liggers en een kokerbrug. Dit om de mogelijke reserve in kaart te brengen t.o.v. de normen. Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Proces beoordeling KW’s van voor 1976 Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Onderzoek naar extra capaciteit door TNO en TUDelft 4. Renovatie Bruggen Onderzoek naar extra capaciteit door TNO en TUDelft Onderzoek naar betere rekenregels (meer gericht op de verschillende typen) Internationale verkenningen Niet-lineaire FEM-analyses Relatie druksterkte-treksterkte via proefnemingen (bv. met gezaagde balken uit plaatviaducten) Dwarskrachtproeven op nieuwe platen Betrouwbaarheid constructies Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

5. Gewapend betonnen plaat In de berekeningen blijkt de (trek)sterkte van het beton dominant. Door de hoge sterkte van het oude beton is een groot deel van deze platen veilig. Verschillen tussen VBC en Eurocode zijn beperkt Bij statisch onbepaalde constructies wordt ook gebruik gemaakt van de TNO/IBBC methode Een goede schematisering van het elementenmodel (b.v. verende ondersteuning, afmeting ondersteuning) Mogelijk op basis van onderzoek op nieuwe platen gebruik maken van lastspreiding/gemiddelde materiaalsterkte (factor 1,2??) Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

6. Voorgespannen kokerligger Kokerliggers blijken soms niet aan de huidige eisen te voldoen. Oorzaak is vaak het ontwerp op basis van de bgt. Hierdoor is minder constructieve beugelwapening vereist. De toets volgens de huidige normen vindt plaats in de ugt met een hogere belasting, waardoor uitgegaan moet worden van een gescheurde constructie. RW 50, Brug over de Nederrijn bij Heteren (bouwjaar 1968-1971). Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Scheurvorming in de kokerwanden 6. Voorgespannen kokerligger Scheurvorming in de kokerwanden Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

6. Voorgespannen kokerligger Hoe veilig is deze brug? Huidig verkeer veel zwaarder dan bij ontwerp Dik pakket asfalt (30 cm) om brug vlak te maken Dwarskrachtscheuren in de wanden Niet-lineaire analyse met FEM-pakket DIANA 5 velden van de aanbrug, incl. deuvel In 3 modellen, plain-stress, schalen en plain-stress (aangepast) Schalenmodel omvat bijna 900.000 elementen! Innovatief, er is geen norm voor vastgesteld Resultaat: Voldoende draagkracht, maar wel modelfactor nodig Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Externe voorspanning: Brug Heteren 7. Versterken kunstwerken Externe voorspanning: Brug Heteren De NLFEM-resultaten bevestigen het scheurgedrag scheuren treden op bij permanente belasting (incl. extra asfalt) buigtrekzone is ruim voldoende voorgespannen dwarskrachttoets: 2x meer verticale wapening nodig De brug is recent versterkt met externe voorspanning alleen t.p.v. steunpunt. NB. Al eerder is de Ketelbrug in de A6 (Lelystad) en de aanbrug van de brug bij Deventer in de A1 versterkt met externe voorspanning doorlopend over de gehele lengte van de aanbrug Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

7. Versterken kunstwerken Overlaging T-ligger dek Roermond T-ligger voldoet net aan de eisen m.b.t. dwarskracht Tussenstort is alleen door dwarsvoorspanning verbonden met ligger Sterkte tussenstort (dikte 0,18m) is onvoldoende volgens de huidige normen Extra risico door aantasting dunne rijdek Vergelijkbaar met Hollandse Brug, maar de afstand tussen de liggers is veel kleiner Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Overlaging (betonnen dek A1 de Wilp) Aanbrengen verbindingswapening Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

Overlaging Aanbrengen van betonnen deklaag Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010

8. Conclusies Veel constructies zitten op de grens van het dwarskracht draagvermogen. Toch zijn er nauwelijks dwarskrachtscheuren waargenomen (m.u.v. een paar kokers) en in Nederland is geen sprake van (bijna) instorten van kunstwerken Slechts een klein aantal kunstwerken zullen versterkt worden. Materiaalonderzoek: Beton van oude KW’n is veel beter dan de oorspronkelijke ontwerpwaarde; dus materiaalonderzoek loont De in rekening te brengen treksterkte heeft gedurende het onderzoek grote fluctuaties ondergaan Herberekenen Nauwkeuriger (en vooral nauwgezet) berekenen helpt Aan het opleiden van constructeurs voor herbereken van bestaande kunstwerken zal meer aandacht moeten worden besteed. Er is nog meer onderzoek nodig om de juiste rekenregels op te stellen; ook het vastleggen van ervaringen is van groot belang Rijkswaterstaat Beoordelen en versterken bestaande kunstwerken 4 november 2010