auteurs ir. Rogier van Nalta Pieters Bouwtechniek Delft BV, Edward Verschoor Hi-Con Nederland BV, Leen van Belen Gebr. Schouls BV Productie en uitvoering van de Leidse Catharinabrug UHSB-brug in hartje binnenstad projectgegevens project Catharinabrug, Leiden opdrachtgever Gemeente Leiden uitvoering Gebr . Schouls BV leverancier UHSB Hi-Con Nederland BV architect DP6 ar chitectuurstudio BV constructieadviseur Pieters Bouwtechniek Delft BV 1 Werk in uitvoering aan de Catharinabrug in Leiden, foto: Gerda Ekris 10 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 10 01-06-17 15:48 UHSB-brug in hartje binnenstad In het historische hart van Leiden ligt sinds kort de Catharinabrug, uitgevoerd met geprefabriceerde dubbelgekromde UHSB- elementen. De productie van de elementen moest uiterst nauw- keurig gebeuren en het transport en de montage vroegen veel van de inventiviteit van de aannemer. variabel h'300 mm variabelh'300 mm h=425 mm h=425 mm h=325 mm h=275 mm 22.300 m h=325 mm h=425 mm 3 Langsdoorsnede brug D e Catharinabrug is een voetgan- gers- en fietsersbrug en ligt op het punt waar de Oude en Nieuwe Rijn samenkomen. De brug heeft een belangrijke functie in het drukke win- kelgebied waarin ook een nieuwe winkelstraat is voorzien: de Catharina- steeg (fig. 2). Al in het ontwerp is zo goed mogelijk rekening gehouden met de uitdagingen in de productie en uitvoering. Ontwerp De brug is 36 m lang en wordt onder- steund door twee V-vormige pijlers op een onderlinge afstand van 22,5 m. De dekdikte bedraagt in het midden slechts 275 mm, wat neerkomt op een slank- heid van 1:81 (fig. 3). Het is daarmee de slankste en langste UHSB-brug van Nederland. Van boven gezien is de brug S-vormig. Catharinabrug Catharinasteeg Haarlemmerstraat Breestraat 2 Positie Catharinabrug 11 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 11 01-06-17 15:48 Om de gewenste slankheid te bereiken, zijn het dek en de pijlers gemaakt van Compact Reinforced Composite (CRC). Dit is een speciaal type UHSB van het Deense Hi-Con dat uitgaat van een combinatie van staalvezels en traditio- nele wapening. De cilinderdruksterkte varieert tussen 120 en 170 N/mm 2. Dit materiaal is niet met de gewenste kwaliteit in het werk te storten. Daar- naast vroeg ook het bouwproces om een brug opgebouwd uit prefab elementen. Om gewicht te besparen, is het dek voorzien van EPS-elementen (fig. 4). Betonmengsel CRC heeft een yoghurtachtige substan- tie (foto 6) en wordt gekenmerkt door een optimale korrelpakking en het ach- terwege laten van de grove toeslagma- terialen. Het materiaal is ontwikkeld in Denemarken in de jaren tachtig door Hans Bache [1] en [2] en is sinds die tijd zeer uitgebreid beproefd en gedocu- menteerd. Bij de Catharinabrug is een 4270 2 4267 4178 4868 2 2 2 4767 4767 4679 4365 4265 22 2 2 2 2 BD02 BD03 BD05 BD04 BD03a BD02a BD01 3000 doorvaarthoogte 1750 mmbovenkant 1140 mm + N.A.P. 959594545 1200 1198 hoogste punt 4768 4268 18831883 20 2 3522 B A C D F G 1205 969 1442 1533 1313131328 1177777 1442442442442 1010101063 801 609 609 856 1091 132777 533333 x: 93654114 y:463886 x:9364977 1 y:463884962 x:x:9364535 9 y:4646463883396 x:93641248 y:463881929 x:93637364 y: 463880169 x:93633638 y:463878089 x:9363070 7 y:4638761 37 x:93655117 y:46389 x: 93651 390 y:46389232 4 x:93647505 y:463890563 x:93643572 y:463889167 x:93638984 y:463887530 x:93634641 y:463885561 x:93630476 y: 46388 3626120 463880264 startpunt montage element 5276 2 2 2 bovenkant kade = 581 mm +N.A.P. + 0 -10 246 80 11 337 224 802 4004 800 224 24 1001 4004 1001 23 336 + 6000 var. var. + Opruwen Opruwen 275 325 Overige technische gegevens volgens voorblad Ordernr: Werk: Onderdeel: formaat:schaal: Blad: Regelnr: Postnr: TC TC2 DEUVA B Postbus 10159 6000GD Weert Tel. 088-8118300 1 : 20 BD05Va Catharinabrug te Leiden Aanzichten en doorsneden A3L 01010 15043 V010V Achteraanzicht ( 1 : 20) Doorsnede A ( 1 : 20) Doorsnede B ( 1 : 20) wijzigingA 4 Dwarsdoorsnede brugdek 5 Definitieve indeling in elementen 6 Net gestorte CRC loopt tussen de wapening EPS-blokken 801x:93630476 y: 463883236 12 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 12 01-06-17 15:48 recent ontwikkelde variant gebruikt van het originele CRC i2. Deze zoge- noemde CRC i3-mix is oorspronkelijk ontwikkeld voor windmolens met zware dynamische omstandigheden. Waar het standaard CRC is geoptimali- seerd voor zeer geringe doorsneden zoals balkons, is deze mix juist optimaal voor iets grotere doorsneden als die van de Catharinabrug. De verwerkbaar- heid van de mix is zeer lastig ? vandaar onder andere de grotere doorsneden ?, maar de dynamische stijfheid is aan- zienlijk beter. Dit maakt CRC i3 zeer geschikt voor slanke infraprojecten als de Catharinabrug. Productie De brug is opgedeeld in acht prefabbe- tonnen elementen (fig. 5). Deze opde- ling is vanaf het begin meegenomen in de modellering die is uitgevoerd in Revit 3D. Hierdoor had de producent goed inzicht in de vorm en de beno- digde mallen. Bij de eerste ontwerpen was de vorm zodanig afgestemd dat er slechts twee maltypen nodig waren. Aanpassingen in het ontwerp hebben er uiteindelijk toe geleid dat er acht unieke dekelementen ontstonden die met zes mallen zijn gemaakt. Nadat de gehele brug was uitgewerkt, zijn de elementen iets geschaald om rekening te houden met de krimp van het ultra-hogesterktebeton. Op basis van deze modellen zijn productieteke- ningen gemaakt. In nauw overleg met de producent is gekeken hoe de gekromde elementen konden worden vertaald naar een maltekening. Ad van Maren van DIBEC, een bedrijf dat veel ervaring heeft met dubbelgekromde maatvoering, is erbij gevraagd om de mallenmaker te assisteren. Het Revit- model is uiteindelijk omgezet naar een Rhino-model, omdat de maatvoerder dit pakket gebruikte. Per element zijn op regelmatige afstand sneden gemaakt. Die sneden zijn omgezet naar ondersteunings- wandjes die met dunne planken zijn betimmerd om de vloeiende vorm van het dek te krijgen. Daaroverheen is een dunne beplating aangebracht die drie keer is afgelakt met speciale bekis- tingslak. De plaatnaden zijn dichtgezet met watervaste plamuur. Daarmee kon een zeer glad oppervlak worden bereikt (foto 7). In de fabriek zijn naast het 3D-model nog wel 2D- productietekeningen gebruikt, maar vooral om de hoofdmaatvoering te controleren en instortvoorzieningen aan te brengen. Op basis van de teke- ningen zijn bijna alle malonderdelen gefreesd. Vervolgens zijn ze digitaal ingemeten. Bij het storten van de elementen is gebruikgemaakt van een dubbelge- kromde bovenmal. Deze mal volgt de contouren van de kromming in het dek. Op diverse posities zijn vulopeningen of stortgaten gemaakt om de mal vol te kunnen storten. Dit vergt een bepaalde storttechniek. Doordat het element geheel zit opgesloten, is er geen goed zicht of het beton helemaal tot de 7 Mal betimmerd met dunne planken en afgewerkt met bepla- ting om de vloeiende vorm van het dek te krijgen 4768 22 2 BD02 4178 6749 2 18831883 20 20 G H I BD06 969 913 721 729 1177777 x:x:9366383 y:4638931 32 x:9365827 9 y:463889257257257 x: 93654114 y:463886931 x:9365670 6 y:463895417 655117389 bovenkant kade = 696 mm +N.A.P. 13 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 13 01-06-17 15:48 schreef een tolerantie van slechts 3 mm voor. De elementen moesten zeer pre- cies op elkaar aansluiten, zodat de rand van de brug van een kleine afstand optisch volledig doorloopt. Voor de aansluiting van de elementen is uitge- gaan van een scherpe hoek met een kleine afronding met een straal van maximaal 3 mm (fig. 9). In de productie is continu gecontro- leerd of de afmetingen voldeden aan de specificaties en de afwijkingen binnen de gestelde toleranties vielen. Zo is de mal tijdens het bouwen en vlak voor het storten nagemeten en vergeleken met de 3D-opgave. Natte knopen De elementen zijn in het werk met natte knopen aan elkaar gekoppeld. Daarvoor is het speciaal ontwikkelde UHSB Joint- Cast gebruikt. De sterkte van dit materi- aal bedraagt circa 170 N/mm 2 en het vezelpercentage is met 6% hoger dan dat van CRC. Om een onzichtbare ver- binding te realiseren, zijn inkassingen in de elementen gemaakt (bakjes, fig. 10). Aan de onder- en zijkanten loopt een dunne schil door en van bovenaf wor- den de bakjes volgestort en vervolgens weggewerkt onder een slijtlaag. De wapening van twee aansluitende dek- platen grijpt als een kam in elkaar (foto 11). Door de uitstekende aanhechting 11 De stekken uit de ele- menten grijpen als een kam in elkaar, foto: Buro JP bovenkant van de bovenmal is volgelo- pen. De mal is in een aantal gevallen iets schuin geplaatst om het beton van laag naar hoog te laten vloeien. Lucht- belvorming is in veel gevallen met een bovenmal niet te voorkomen, ook hier niet. De brugdekken zijn na het storten dan ook volledig gladgetrokken met CRC-materiaal. Wapening De wapening van de elementen moest de vorm van het gekromde dek vloei- 9 De elementen heb- ben een hoek met een afronding met een straal van maxi- maal 3 mm 10 Inkassing (bakjes) in de elementen t.b.v. verbinding r = 3 mm 8 EPS-blokken tussen de wapening end volgen. Hierbij moest de vlechter de wapening op de millimeter nauw- keurig aanbrengen met een dekking van slechts 15 mm. De wapening is daarom volledig in de mal gevlochten waarbij ook de gewichtsbesparende EPS-blokken zijn meegenomen (foto 8). Tolerantie Om de gewenste vloeiende lijn van het brugdek te behalen, waren in de pro- jectspecificatie zeer kleine toleranties voorgeschreven. De projectspecificatie 14 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 14 01-06-17 15:49 van het JointCast is maar een kleine overlap nodig. Transport en plaatsing Er moest worden gezocht naar een manier om de acht in grootte varië - rende elementen (circa 6 m breed en 4 tot ruim 6 m lang) elk in zijn geheel aan te voeren. Aanvoer over het water bleek door de beperkte breedte en doorvaart - hoogte van enkele bruggen op het traject lastig en kostbaar. Daarom zijn ze met speciaal transport over de weg vervoerd. Daarbij is gebruikgemaakt van een hydraulisch verstelbare schuin - stelling (foto 12). Vanwege het kraanongeluk in Alphen aan den Rijn is veel aandacht uitgegaan naar een optimale positie van de kraan. De beste oplossing bleek een relatief grote kraan met een capaciteit van 500 ton op het nabijgelegen Waaghoofd (foto 13). Deze kraan kon alle elemen - ten hijsen op de twee verst gelegen na. Deze twee elementen zijn met een lich - tere kraan gehesen. Bouwput Vanwege de voorziene schoorstand van de funderingspalen onder de V-vormige steunpunten van de brug dreigde er een conflict te ontstaan met de palen van de bestaande kades. In theorie leek het mogelijk de nieuwe palen tussen de bestaande palen aan te brengen. Lastiger was dat voor de damwanden. Die staken vrij diep en zouden veel bestaande palen kruisen. Door een in hoogte variërend verloop van de dam - wanden en een flink stempelraam kon ook dit echter worden opgelost. Na de aanbesteding kwam de aanne - mer met het idee de fundering met een aantal aanpassingen eenvoudiger te maken en daarmee de risico's te ver - minderen. Door de poer met het onder - waterbeton te combineren, kon de diepte van de bouwput worden ver - kleind. Bovendien was er geen grond - wateronttrekking nodig, wat het risico op zettingen zou beperken. Doordat het onderwaterbeton ook gelijk functio - neert als extra stempeling voor de dam - wand, konden er kortere damwanden 12 Aanvoer van schuin element met hydraulische schuinstelling, foto: Buro JP 13 De bouwplaats met de 500-tons kraan op het Waaghoofd, foto: Buro JP 15 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 15 01-06-17 15:49 Meer lezen in Cement Over het ontwerp, de productie en de uitvoering van de Catharinabrug is meer te lezen in een drieluik in Cement : 'Extreme engineering met UHSB', 'CUR100 schoonbeton met UHSB' en Cement 2014/2 'Bouwen in de binnenstad'. Deze artikelen zijn tijdelijk voor Betoniek -leden gratis toe- gankelijk op www.betoniek.nl . worden toegepast. Hierdoor zouden deze boven de bestaande palen blijven (fig. 14). Ook ontstond het idee de damwanden niet te trekken en na realisatie van het dek onder water af te branden tot vlak boven de poer. Door de damwanden in te klemmen in de poer ontstond zo een zeer stijve fundering, waardoor schoor- stand van de palen niet nodig was. Palen Om het risico van trillingen in de bin- nenstad te beperken, is gekozen Hek-buispalen toe te passen, trillingsvrij ingeschroefde palen, voorzien van groutinjectie. De palen zijn voorzien van aangelaste ribbels door middel van hoeklijnen om de trekkracht vanuit het onderwaterbeton over te kunnen dra- gen. Deze ribbels hadden echter niet voldoende capaciteit om ook de druk- kracht vanuit de brug te kunnen over- dragen. De palen zijn daarom onder in de poer, onder de ribbels, voorzien van een met schotten verstijfde stalen ring die de drukkracht kan opnemen (foto 15). De schotten zijn deels iets langer uitgevoerd, zodat ze konden fungeren als steun voor de wapeningskorf van het onderwaterbeton. Omdat de poeren zijn gecombineerd met het onderwaterbeton en de palen daardoor in de poer steken, moest de korf voor de poer over de palen worden gehesen. Hiervoor zijn sparingen opge- nomen in de wapening. De korf moest ook over de trekband zakken, die zich tussen de twee poeren bevindt (foto 16). Om dit mogelijk te maken, is een uitschuifbaar deel in de korf gemaakt. Logistieke uitdaging Het bouwen van een brug in de binnen- stad is normaal al een logistieke uitdaging op zich. In dit geval was de omringende bebouwing ook nog eens volop in uitvoering. Daarbij werd een enorme bouwput gemaakt langs monu- mentale panden. Dankzij slimme oplos- singen in productie en uitvoering kon het project met een goed resultaat wor- den afgerond. Literatuur 1 Bache, H.H., Compact Reinforced Composite, Basic Principles, CBL Report No. 41, Aalborg Portland, 1987. 2 Aarup, B., Jensen, B.C., Bond Proper- ties of High-Strength Fibre Reinforced Concrete, ACI-publication SP-180, Bond and Development of Reinforce- ment, 1998. 1500 1765 500700800 stalen damwand tbv bouwkuipna uitvoering afbranden tot bk poer stalen buispalen ø457x12,5 mm onderwaterbetonvloer d=800 mm betonnen poer d=700 mm betonnen kolom i.h.w.g. tussensteunpunt UHPC ondiepe damwand palen recht combinatie poer + onderwaterbeton poer omhoog flenskoppeling 4500 7092 810 810 stalen buis tbv trekelement met ankers opnemen in poer stalen damwand met console tbv ondersteuning stalen buis stalen damwand tbv bouwkuip na uitvoering afbranden tot bk poer 14 Links de fundering uit het ontwerp, rechts de wijzigingen 15 Palen met ribbels voor trek en een ring voor de druk 16 De put met de wapening die over de palen heen valt 16 VAKBLAD I 2 2017 10_Catherinabrug.indd 16 01-06-17 15:49