PREFAB PL ATEN A ANGEBR ACHT OP MEER DAN 80 JA AR OUDE STA ALCONSTRUCTIE De Waalbrug in Nijmegen wordt gerenoveerd. Het bestaande dek is daarbij volledig vervangen door een nieuw betondek met prefab elementen die met natte knopen aan elkaar zijn verbonden. Een voor Nederland unieke oplossing. Prefab-betondek voor de Waalbrug D e Waalbrug is een monumentale boog- brug die het centrum van Nijmegen met Lent verbindt. Hij vormt een belangrijke schakel voor het lokale verkeer en het regio- nale verkeer tussen Nijmegen en Arnhem. De brug bestaat uit een hoofdoverspanning van 244,1 m met de beeldbepalende boogcon- structie. Aan beide zijden bevinden zich twee aanbruggen van 72 en 95 m (fi g. 3). De brug is voorzien van twee hoofdrijbanen in het midden met elk twee rijstroken, één voor elke rijrich- ting (totale breedte ca. 12 m). Aan beide zijden van deze hoofdrijbanen bevindt zich een paral- lelrijbaan. Mede vanwege toegenomen verkeersbelastin- gen voldeed de brug niet meer aan de moderne eisen, en was daarom aan een ? inke opknap- beurt toe. Bij de renovatie is het betonnen rij- dek van de hoofdrijbaan ver vangen en de staalconstructie gerepareerd en geconser- veerd. De huidige busbaan zal ver vallen en wordt een fi etspad in twee richtingen. Het bestaande fi etspad zal voetpad worden. De brug is in twee stappen aangepakt. Eerst de oostkant en ver volgens de westkant. Prefab-betondek voor Prefab-betondek voor GESCHIEDENIS De Waalbrug werd gebouwd in 1936 als een stalen boogbrug met een houten dek. Op 10 mei 1940, tijdens een Duitse aanval op Neder- land in de Tweede Wereldoorlog, blies de Nederlandse genie de brug op (foto 2) om een snelle opmars van het Duitse leger te voorko- men. Tijdens de bezetting herstelden de Duit- sers de brug, gebruikmakend van de enigszins beschadigde staalconstructie. Het houten dek werd daarbij vervangen door een in het werk gestorte betonnen dek. In 1943 werd de brug weer in gebruik genomen. 8 VAKBL AD 2 2020 Auteur Mark van Thiel KWS Infra / Team Waalbrug, Gert Jan Koppelman VolkerWessels Infra Competence Centre / Team Waalbrug, Henr y Hoegen Hoegen Realisatie, Jacques Linssen Aeneas Media / Redactie Betoniek BV_2-2 waalbrug.indd 8 03-06-20 16:19 PREFAB PL ATEN A ANGEBR ACHT OP MEER DAN 80 JA AR OUDE STA ALCONSTRUCTIE Prefab-betondek voor de Waalbrug BETONNEN DEK De bestaande brug was opgebouwd uit stalen dwars- en langsliggers waarop voor de hoofd- rijbanen een betonnen dek was gestort (fi g. 4). Dit in-situdek steunde via voutes af op de langsliggers. Bij de hoofdoverspanning zijn dat drie langsliggers per zijde en bij de aanbrug- gen vijf (fi g. 3). De parallelrijbanen zijn volle- dig uit staal opgebouwd.Er is gekozen het in situ betonnen dek te ver- vangen door een prefab-betondek. Deze oplossing ? een nieuw prefab dek over een bestaande staalconstructie, in dit geval één van meer dan tachtig jaar oud ? is uniek en in Nederland nooit eerder toegepast. De nieuwe prefab platen hebben een vergelijkbare doorsnede als het oude in-situdek De reden om voor prefab beton te kiezen, lag onder meer in de bouwsnelheid. Door de renovatie uit te voeren in veel kleine segmen- ten en met vier verschillende bouwstromen te werken, kon een effi ciënt proces worden ingericht. Met prefab platen was het boven- dien eenvoudiger een oplossing te vinden binnen het maximale gewicht en de beschik- bare hoogte ? de platen moesten dezelfde hoogte hebben als het bestaande dek. De kwaliteit van de elementen kon beter worden gegarandeerd en er kon met kleine toleran- ties worden gewerkt. Extra uitdaging hierbij was het feit dat de onderliggende staalcon- structie, mede vanwege de roemruchte geschiedenis van de brug (zie kader 'Geschiedenis'), niet bepaald maatvast was. ZAGEN De eerste stap was het uitzagen van het oude dek (foto 6). Hierbij is er speciaal aandacht besteed aan het voorkomen van schade aan de 1 Renovatie aan de oostkant van de Waalbrug DOKEN Tijdens de uitvoering liep het uitvoeringsteam tegen een aantal verrassingen aan. Zo bleek dat op som- mige plekken doken op de langsliggers waren bevestigd als extra koppeling met het beton. Dit was goed merkbaar bij het uitzagen van het dek. Het dek was uiteindelijk wel van het staal af te krijgen, maar dit liet wel enige schade aan het staal achter. Die schade was vergelijkbaar met boorschade, waardoor aanvan- kelijk de gedachte was dat die te wijten was aan het boren. Pas bij nader onderzoek bleken de schade- plekken veroorzaakt te zijn door afgebroken doken. Uiteindelijk is het herstel van deze schade meegeno- men bij de staalreparatie. 3 Bovenaanzicht en westelijk aanzicht Waalbrug 4 Dwarsdoorsnede (bestaand) ter plaatse van (a) aanbruggen en (b) hoofdoverspanning 9 VAKBL AD 2 2020 2 Vernielde Waalbrug in 1940 BV_2-2 waalbrug.indd 9 03-06-20 16:19 bestaande staalconstructie. De ligging van de bovenzijde van de staalconstructie is met behulp van boren (met lucht) vastgesteld. Ver volgens is eerst alleen het bovendek ingezaagd, waarna de positie van de bovenzijde van de staalconstruc- tie met een liniaal nogmaals is ingemeten. Met de ze gegevens werd de diepte van de zaagsnede bepaald, tot circa 30 à 40 mm boven het staal. BETONPL ATEN Het nieuwe dek is opgedeeld in 164 vakken, 82 aan de oostzijde en 82 aan de westzijde, met in totaal 360 nieuwe prefab-betonplaten. Op de vakken voor de aanbruggen liggen elk twee platen en op de vakken voor de hoofdover -spanning liggen drie platen met natte stroken ertussen. Deze platen zijn circa 2,5 m lang. De breedtematen van de platen varieert van 5,25 tot 6,5 m. Alleen ter plaatse van de landhoofden is het dek uitgevoerd in ter plaats gestort beton. Omdat de maatvoering daar anders te ingewik - keld werd. De nieuwe platen hebben een vergelijkbare doorsnede als het oude dek. Ze mochten immers niet zwaarder zijn om de belasting op de staalconstructie te beperken en ook niet dikker omdat ze moeten aansluiten op de bestaande weg. Door de beperking in de hoogte is in de ontwerpfase de dikte van de plaat geoptimaliseerd, niet zwaarder dan het huidige dek, maar wel geschikt voor de moderne verkeersbelastingen conform de Eurocode. Dit resulteerde in het huidige ont - werp met een sterkteklasse van C55/67 en een minimale de kking die mogelijk is door de prefab productie (bovenzijde 40 mm en onderzijde 35 mm met een tolerantie van +/- 5 mm). Ook moest het beton voldoende weerstand bieden tegen chloride-indrin - ging, conform de ROK 1.3. Dat resulteerde v oor de bovenzijde in milieuklassen XC4, XD3 en XF4. De oneffenheden in het staal zijn opgevangen met een groutlaag De nieuwe platen bestaan dus ook weer uit voutes voor de oplegging op de langsliggers; voor elke langsligger een voute. Omdat de hoogte van de langsliggers varieert, mede door de beschadigingen uit de oorlog, en door de variatie in breedte en lengte was elke plaat uniek. Voor een zo goed mogelijke aan - sluiting op de staalconstructie is deze 3D in gemeten, op basis waar van de ontwerpte - 5 Schematische doorsnede bestaande brug, bron: RWS 6 Open gewerkt betondek met staalconstructie en oude in-situdek 10 VAKBL AD 2 2020 BV_2-2 waalbrug.indd 10 03-06-20 16:19 keningen voor de platen zijn gemaakt. De hoogten van de voutes variëren van circa 150 mm tot 200 mm. De exact benodigde hoogte is in het werk gerealiseerd met een groutlaag van maximaal 90 mm dik in kwaliteit K70. Hiermee konden oneffenheden in het staal, bijvoorbeeld door de aanwezige klinknagels, worden opgevangen. Ook werd het aantal verschillende voutehoogten beperkt; een te groot aantal zou de voordelen van prefab deels tenietdoen. Om de dekken exact op hoogte te stellen, zijn ze opgelegd op vul- blokjes die op de langsliggers zijn geplaatst. De r uimte tussen de prefab platen en de sta - len liggers is daarna ondergrout. Daartoe zijn in de pr efab-betonplaten grouttubes aange - bracht zodat de ondergrouting vanaf de bo venzijde kon worden aangebracht. De zij - den van de ondergrouting zijn voorafgaand v oorzien van een bekisting tussen de stalen ligger en het betonnen dek. De platen liggen min of meer los op het dek. Constructief wordt er van uitgegaan dat het staal en het beton niet samenwerken. Boven- dien hebben ze een andere uitzettingscoëffici- e nt; door ze los te houden kunnen ze ten opzichte van elkaar bewegen. Wel houden de klinknagels op de oude staalconstructie het dek enigszins op zijn plaats. Ook de veerklem- men aan de onderzijde, die bij de oude brug waren aangebracht om opwippen te voor - k omen, zijn weer teruggeplaatst. Om de natte knopen te kunnen realiseren, zijn speciale maatwerkbekistingen gemaakt NAT TE KNOPEN De prefab platen zijn met natte knopen aan elkaar verbonden (foto 8). Om deze knopen te kunnen realiseren, zijn speciale maatwerk - be kistingen gemaakt. Hierbij zijn gelijk de schampkanten en de voutes (incl. grout - hoogte) meegenomen. Deze bekistingen zijn zo veel mogelijk hergebruikt. De bekisting werd ondersteund door een speciale onder - steuningsconstructie afgesteund op de lijven van de langsliggers (fig. 9). De natte knopen hebben een breedtemaat van 480 mm tussen de prefab platen binnen een vak, en 960 mm tussen de prefab platen waar - bij een dwarsdrager wordt gepasseerd. Als laatste, na afronding van de dwarsvoegen op het oostelijke en westelijke dek, is ook de langsverbinding tussen de beide delen gestort. Hiermee is het dek uiteindelijk constructief weer één geheel. 8 Natte knoop tussen twee betonplaten 7 T wee betonplaten per vracht 11 VAKBL AD 2 2020 BV_2-2 waalbrug.indd 11 03-06-20 16:19 Bij het storten was de grote uitdaging om met dezelfde geringe toleranties te werken als die van de prefab elementen. De wapening kent eenzelfde dekking als de prefab platen (dek- king 35 mm, met een tolerantie van +/-5 mm) en de bovenzijde moest nauwkeurig worden afgewerkt, zodat dezelfde vlakheid ontstaat als bij de prefab elementen. Alleen dan past de waterdichte asfaltverharding (SAMI en Surf AC 0/16) er goed overheen. Het beton voor de natte knopen heeft de dezelfde sterkteklasse als die van de platen: C55/67 (het zogenoemde ' Waalbrugmeng-sel'). De sterkteontwikkeling hier van werd gemonitord via het Concremote-systeem. Hierbij zijn speciale eisen gesteld aan de sterkteontwikkeling in verband met trillingen en verkeersbelasting door werkverkeer. Het betonmengsel moest binnen twee uur worden verwerkt. Om die reden is met vrach- ten van maximaal 4 m 3 gewerkt. Voor een juiste nabehandeling werd het beton na het storten afgedekt met een folie en een houten schot erboven (foto 10). Er is uitge- gaan van nabehandelingsklasse 3 en 4. Er moest dus tot 50% (onderzijde) respectieve- lijk 70% (bovenzijde) van de karakteristieke betondruksterkte na 28 dagen worden nabe- handeld (tot een sterkte van 34 MPa resp. 47 MPa). 9 Langs- en dwarsdoorsnede dek 12 VAKBL AD 2 2020 BV_2-2 waalbrug.indd 12 03-06-20 16:19 LOGISTIEKE UITDAGING Het verkeer over de brug moest tijdens de uit- voering doorgang vinden. Het autoverkeer werd daartoe over de twee parallelle rijbanen gevoerd. Hierdoor waren beide hoofdrijbanen beschikbaar voor de bouw. Terwijl de oostkant werd gerenoveerd, gaf de westelijke rijbaan ruimte voor de logistieke strook, het incidenten- verkeer en het fi etsverkeer (fi g. 11). Tijdens het tweede deel van het project, waarin de westzijde werd aangepakt, was dit precies omgekeerd. Aanvankelijk was het idee het gewone verkeer over de vrije rijbaan te leiden. Maar doordat het omwille van de Chroom-6-problematiek (zie kader 'Chroom-6') nodig bleek een doorwerk- voorziening te realiseren, was hier onvol- doende ruimte voor en was het nodig ook de vrije rijbaan bij het bouwterrein te betrekken. De strook voor het incidenten- en fi etsverkeer mocht tussen 21:00 uur en 6:00 uur worden afgesloten, waardoor die ruimte kon worden gebruikt voor het met kranen in- en uithijsen van het dek. Beide handelingen konden dus alleen 's nachts worden uitgevoerd. Ook het ver voer van de platen kende beperkingen. Omdat de brug tijdens het herstel enigszins was verzwakt doordat er delen waren uitge- zaagd en er een grote steigerconstructie onder de brug hing, moest de aslast worden beperkt. Hierdoor konden er telkens maar twee platen per keer worden aangevoerd (foto 7). Er is gewerkt in twee inhoudelijk gelijke week- cycli, waar van alleen de start- en einddatum verschilden. Deze cyclus bestond uit de vol- gende stappen: Dag 1: zagen dek en verwijderen platen ('s nachts). ? Dag 2 en 3: plaatsen doorwerkvoorziening en conser veren. ? Dag 4: vrijgave doorwerkvoorziening en plaatsen platen ('s nachts). ? Dag 5: (grout)kisten aanbrengen, betons- torten, grouten en afwerken. De ene weekcyclus begon op de maandagen, de andere op de dinsdagen. TESTEN Gezien de complexiteit van het werk is beslo- ten de uitvoeringswijze vooraf te testen. Zo kon men goed voorbereid aan de weekcycli begin- nen en ontstond een beeld van de uitdagingen die men zou kunnen tegenkomen. Ten behoeve van die test is een mock-up-opstelling gemaakt met twee platen en een natte knoop ertussen. Na de bevestiging zijn de nieuwe platen gezaagd om ook met deze processtap er varing op te doen. BETONPL A ATPUZZEL De werkzaamheden aan de oostkant duurden tot december 2019. In januari 2020 zijn de werk- zaamheden voortgezet aan de westkant van de brug. Eind april 2020 werd de laatste prefab plaat gelegd en zijn de laatste natte knopen gestort. Daarmee is deze complexe 'betonplaat- puzzel' met succes afgerond. De verwachting is dat het verkeer in oktober 2020 weer tussen de bogen kan rijden. Aansluitend wordt gewerkt aan de verdere renovatie van de brug. CHROOM-6 Bij het voorbereiden van de renovatie van de brug bleek dat voor de maar liefst elf lagen verf die sinds 1936 op de staalconstructie waren aangebracht, ook gebruik is gemaakt van chroom-6-houdende verf. Deze moest op een uiterst zorgvuldige manier worden verwij- derd, waarbij rekening moest worden gehou- den met een maximaal toegestane blootstel- ling aan deze kankerverwekkende stof. Hiervoor zijn doorwerkvoorzieningen gereali- seerd die volledig luchtdicht waren afgewerkt en voorzien van onderdruk, afzuiginstallatie, schone luchttoevoer en douchesluis. Montage en demontage van deze voorziening is in de weekcyclus meegenomen. 11 Rijstrookindeling tijdens uitvoering, bron: RWS 10 Gestorte knoop afgedekt met schotten 13 VAKBL AD 2 2020 BV_2-2 waalbrug.indd 13 03-06-20 16:19