Een werkwijze voor het renoveren van stalen bruggen die weinig verkeersoverlast veroorzaakt
Het probleem
De komende jaren moeten een aantal vaste stalen bruggen in Nederland worden gerenoveerd. De metalen bruggen vertonen vermoeiingsscheuren doordat het verkeer meer is toegenomen dan verwacht. De bestaande uitvoeringsmethode is het verwijderen van het asfalt, het repareren van de scheuren en het ter plaatse aanbrengen van een laag hogesterktebeton. Deze methode is complex en levert hinder op voor de weggebruiker. Daarom heeft Rijkswaterstaat (RWS) in januari 2009 een innovatieve prijsvraag uitgeschreven. Hiermee heeft RWS de markt uitgedaagd om met slimme oplossingen te komen.
Voor iedereen
Aan de prijsvraag kon iedereen meedoen, niet alleen aannemers c.q. bouwers maar ook geïnteresseerden en specialisten die vanuit andere sectoren en invalshoeken komen. Het aantal ideeën was daardoor groter. Met meerdere invalshoeken en bredere oplossingsmogelijkheden.
165 ideeën uit binnen en buitenland
Op 10 april zijn 165 ideeën ingediend. De onafhankelijke jury heeft in april de beste 10 ideeën gekozen, de indieners hiervan kregen ieder tot max. honderdduizend euro vergoeding om hun idee uit te werken.
De onafhankelijke jury heeft aan de hand van de criteria life cycle verkeershinder, life cycle kosten, generieke toepasbaarheid, imago Rijkswaterstaat en licentiekosten bepaald wie de winnaar is. De life cycle verkeershinder heeft hierbij zwaar gewogen. Op dinsdag 13 oktober heeft de jury de winnaar bekendgemaakt: Het samenwerkingsverband van uitvinder Roland Angenent en Hurks beton b.v.
De jury in de persoon van Jeltje van Nieuwenhoven prees hun oplossingsconcept "Prefab HSB Overlaging" om de "gedetailleerde uitwerking en de combinatie van innovatieve methodes, zoals prefabricage van hogesterktebeton en innovatieve meetmethoden. Hiermee wordt de techniek op een hoger niveau geplaatst."
Wat is Prefab HSB Overlaging?
Bij Prefab HSB Overlaging wordt een brugdek versterkt door het vervangen van het asfalt door geprefabriceerde platen van ultra hoge sterkte beton (UHSB). Het bijzondere aan deze methode is dat elke individuele plaat op maat gemaakt wordt voor zijn positie op de brug. De onderkant van de plaat volgt daarbij eventuele onregelmatigheden in het stalen dek. De platen worden met het brugdek verbonden met behulp van epoxyhars.
In de betonfabriek worden de platen in de maanden voor de renovatie geproduceerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van malbodems die uit EPS (piepschuim) gefreesd worden. Een typische maat van een plaat is 12 x 3 meter en 50 mm dik. De betonelementen worden in de fabriek voorzien van een ruw oppervlak en belijning, zodat zij na het verlijmen meteen gereed zijn voor gebruik.
Het verlijmen van de platen gebeurt door eerste de randen met een tixotrope tweecomponenten epoxyhars aan het stalen brugdek te verlijmen. Daarna wordt de spleet tussen betonplaat en stalen brugdek onder vacuüm geïnjecteerd met een dun vloeibare tweecomponenten epoxyhars. Na uitharden is de betonplaat duurzaam met het stalen dek verbonden.
Om de platen te kunnen ontwerpen, is het nodig om te weten wat de vorm van het stalen brugdek precies is. Echter, voor de renovatie is de brug nog bedekt met asfalt, waardoor de vorm van het stalen dek niet zichtbaar is. Met een combinatie van meettechnieken kan de vorm van het brugdek dwars door het asfalt heen bepaald worden. Deze technieken zijn Pulsed Eddy Current (PEC) metingen, Eddy Current (wervelstroom) laagdiktemetingen en boringen. De metingen "door het asfalt heen" leveren een 3D-CAD model op, wat gebruikt wordt om de individuele platen te ontwerpen. PEC en boringen zijn bestaande technieken. Voor wervelstroomlaagdiktemetingen bestaat een handmatige sensor met een nauwkeurigheid van 0,5 mm. Voor praktische toepassing zal een geautomatiseerd meetsysteem ontwikkeld moeten worden.
Ontwikkelingsproces onder hoge druk
Nadat uitvinder Angenent hoorde dat hij tot de 10 finalisten behoorde, heeft hij contact gezocht met Jan Dekkers, directeur van Hurks beton. Hurks beton en haar ingenieursbureau Hurks Delphi Engineering hebben de specialistische kennis van hogesterktebeton en prefabricage die nodig was voor het oplossingsconcept. Gedurende vier maanden, waarvan een maand vakantietijd, is door Angenent en Dekkers het concept in hoog tempo verder uitgewerkt. Hierbij zijn proefstukken gemaakt en zijn diverse experimenten en testen uitgevoerd. Bij de ontwikkeling is de deskundigheid van veel partijen ingezet: het Hechtingsinstituut van de TU Delft, onderzoeksinstituut KOAC-NPC, leverancier van meetapparatuur Helmut Fischer, freesbedrijf NEDCAM en landmeetkundig bureau Van Steenis Geodesie. Naast een schriftelijk verslag is er door videobedrijf HAASVIDEO een videoproductie van het ontwikkelproces gemaakt voor Rijkswaterstaat.
Verkeershinder
Prefab HSB Overlaging gaat gepaard met beduidend minder verkeershinder dan ter plaatse aangebrachte HSB Overlaging. Weliswaar moet er van te voren gescand worden, waarvoor de brug afgezet moet worden, maar deze werkzaamheden kunnen gedurende de nacht plaatsvinden. Dit levert nauwelijks files op. De renovatie zelf duurt veel korter omdat na het verwijderen van het asfalt en de reparatie van de vermoeiingsscheuren, de betonelementen alleen nog geplaatst en verlijmd hoeven te worden. In het geval van de Hagesteinse brug duurt dit 13 dagen in plaats van 31.
Kwaliteit
De kwaliteit van het eindproduct is bij Prefab HSB Overlaging hoger en beter te garanderen dan bij In Situ HSB Overlaging omdat de betonelementen van een hoogwaardiger type HSB zijn gemaakt en omdat de betonelementen onder gecontroleerde omstandigheden in de betonfabriek zijn gemaakt. Bovendien kunnen de elementen vrij krimpen tijdens het uitharden.
Rijcomfort
In de praktijk bevatten stalen bruggen knikken, omdat ze samengesteld zijn uit rechte secties. Knikken leveren een slecht rijcomfort op. Door de dikte van de individuele platen te variëren kan de "ideale rijlijn" gecreëerd worden waardoor het rijcomfort toeneemt. In de fabriek zijn er de ideale omstandigheden om het rijoppervlak "hobbelvrij" te produceren.
Kosten
Uit voorlopige berekeningen blijkt dat de kosten van Prefab HSB Overlaging weliswaar initieel hoger zijn, maar dat door de toepassing van het bijzonder harde en duurzame UHSB bespaard kan worden op de onderhoudskosten.
Meer informatie: www.hurksbeton.nl, www.angenent.biz