Gemeente Delft / Wijk- en Stadszaken / Ingenieursbureau de heer W. Müller Postbus 340 2600 AH DELFT
DATUM
Beste Wouter,
23 april 2008 Hierbij sturen we je onze bevindingen inzake de St. Sebastiaansbrug. BRIEFNUMMER
2008048-080423-1740
Met vriendelijke groet,
UW KENMERK
Willem Souren BETREFT
BIJLA GEN
2 DOORKIES NUMMER
015 - 27 82463 MAILADRES
[email protected]
Rotterdamseweg 380 2629 HG Delft The Netherlands T
+31 15 278 17 78
F
+31 15 278 72 99 www.lightweight-structures.com
ING Bank 67.26.88.719 BTW nummer NL815048476B01 Kamer van Koophandel Haaglanden 27280593
Rik Brouwer
DATUM
MEMO
23 april 2008 BRIEFNUMMER
Inleiding
2008048-080423-1740
Op verzoek van de Gemeente Delft is aan Lightweight Structures gevraagd om de door Movares voorgestelde oplossingen t.a.v. de
VOL G NUMMER
schade aan de Sebastiaansbrug te evalueren en eventuele
2/10
verbeteringen van / alternatieven op de aangedragen oplossingen met gebruik van vezelversterkt kunststof aan te geven. Deze memo beschrijft de uitkomsten / resultaten van a)
het gesprek met Movares, het inventariseren van de problematiek en het bespreken van de oplossingen
b)
de bezichtiging van de brug
c)
van alternatieven oplossingen met gebruik van vezelversterkt kunststof.
Waarnemingen Tijdens een bezoek aan de brug hebben we de scheuren aan de onderzijde van de brug bekeken. Wat opviel was: -
de grootste scheur in het dek boven het fietspad, waarin t.b.v. de inspectie een cilinder was uitgeboord, liet zien dat de scheur zeer diep doorliep naar boven. Tevens was te zien dat de scheur bovenin schuin wegliep (t.g.v. dwarskracht)
-
Naast de scheuren die dwars op de rijrichting lopen, waren er ook scheuren te zien loodrecht erop. De meeste ervan beginnen tussen de rolopleggingen.
-
In de buurt van één pilaar was te zien dat scheuren in twee richtingen liepen en elkaar zelfs kruisten.
-
Bij het passeren van een bus zijn duidelijk trillingen van het wegdek waar te nemen.
Bevindingen Op basis van onze waarnemingen hebben we geconcludeerd dat de schade aan de brug van dien aard is dat -
het draagvermogen van het dek ter plaatse van de scheuren
-
de scheuren laten zien dat de oorzaak gelegen is in het feit dat
-
Omdat de brugdek een statisch onbepaalde constructie is, zal
sterk is gereduceerd. meerdere pilaren zettingen vertonen. het zetten van een ondersteunende pilaar ervoor zorgen dat de dwarskrachtenlijn en momentenlijn zich wijzigt. Dit is de oorzaak van de scheurgroei.
DATUM
-
Verdere zettingen zullen de scheurgroei doen toenemen, en het
-
De scheurwijdte is op veel plekken groter dan 1 mm. Uit diverse
23 april 2008
draagvermogen verder aantasten.
BRIEFNUMMER
onderzoeken (waaronder het promotiewerk van dr. Walraven)
2008048-080423-1740
blijkt dat in die gevallen het beton geen vermogen meer heeft om dwarskracht door te leiden.
VOL G NUMMER
3/10 Oplossingsrichtingen Door Movares is door middel van een memo van 10 april 2008 een drietal oplossingen aangedragen om de risico's van de schade te ondervangen. Naast de door Movares aangedragen adviezen en oplossingsrichtingen hebben we oplossingen met gebruik van composiet overwogen. a)
Aangezien de zettingen de oorzaak zijn van de schade en deze ook verder doen groeien, wordt aanbevolen om de zetting geheel of gedeeltelijk ongedaan te maken door middel van het opvijzelen ter plaatse van de desbetreffende rolopleggingen. De hoogte van het opvijzelen zal nog moeten volgen uit de hoogtemetingen.
b)
Er wordt in ieder geval aanbevolen om de grote scheuren te injecteren om zodoende op korte termijn het dwarskracht draagvermogen te herstellen.
c)
Naast de onder b) voorgestelde reparatie, is een versterking van het brugdek overwogen door middel van het toevoegen van koolstofcomposiet strips. Bijlage 1 beschrijft het gebruik van strips die in verticaal ingefreesde sleuven worden geplaatst. De strips herstellen het draagvermogen. Nadeel is dat in het geval van de Sebastiaansbrug, een zeer groot aantal sleuven aan de onderzijde van het dek gefreesd zullen moeten worden. Dit is niet alleen een zeer kostbare operatie, er bestaat ook het risico dat de bestaande bewapening die er nog zit beschadigd wordt. Bijlage 2 beschrijft het gebruik van koolstof lamellen die tegen het buitenoppervlak gelijmd worden. Deze methode herstelt / versterkt eigenlijk alleen de onderwapening ter plekke, maar de doorleiding van de dwarskracht van het dek wordt niet of nauwelijks verbeterd.
DATUM
23 april 2008
Overleg met Movares In een gesprek met de heer Van Zoelen van Movares is de
BRIEFNUMMER
problematiek verder uitgediept.
2008048-080423-1740
De volgende informatie kwam te berde:
VOL G NUMMER
-
In het brugdek is geen dwarskrachtwapening aanwezig. Dit
4/10
betekent dat in geval van een intact brugdek alle dwarskracht door het beton moet worden doorgeleid. Bij scheuren die nagenoeg geheel door het dek lopen, betekent dit dat de dwarskracht door de onder- en bovenwapening wordt opgenomen door middel van deuvelwerking -
De boven- en onderwapening blijkt te zijn vervaardigd van glad staal met een kwaliteit FeB 220. Dit betekent ten eerste dat de aanhechting van het staal aan het beton slecht is, en ten tweede dat de sterkte van het staal naar huidige maatstaven laag is.
-
Ter plekke van de ondersteuningen is de onderwapening lichter uitgevoerd. Dit is gedaan vanwege het feit dat de oorspronkelijke momentenlijn boven de steunpunten een verminderde wapening toestaat. Echter, indien er zetting van de pilaar plaat vindt, verandert de momentenlijn en is er wel degelijk meer wapening nodig.
Conclusie Gezien de huidige schade en de constructieve uitvoering van de brug bevelen we het volgende aan: 1) Van de door Movares voorgestelde oplossingen heeft oplossing 1B onze voorkeur. Deze oplossing bestaat uit: a.
opvijzelen van de steunpunten ter plaatse van de verzakte pilaren
b.
injecteren van de scheuren
c.
aanbrengen van een stellage onder het wegdek
De oplossing zorgt in eerste instantie voor het waarborgen van de veiligheid van de gebruikers d.m.v. de stellage en in tweede instantie zal het de levensduur verlengen. Verwacht wordt dat het opvijzelen de momentenlijn enigszins naar zijn oorspronkelijke toestand zal terugbrengen.
DATUM
2)
23 april 2008
De door Movares voorgestelde oplossing 3 heeft niet onze voorkeur omdat het probleem van de verstoorde dwarskrachten - en
BRIEFNUMMER
momentenlijn blijft gehandhaafd. Een reparatie met behulp van
2008048-080423-1740
staalplaten verhoogt weliswaar ter plekke de sterkte, maar het beton direct naast de plaat zal toch de hoge krachten door moeten leiden. Er
VOL G NUMMER
bestaat dus een risico dat opnieuw vrij snel schade ontstaat in het
5/10
beton naast de plaat. Dit geldt ook voor oplossingen zoals beschreven in bijlage 1 en 2. Een extra nadeel is het feit dat de scheuren kunnen ontstaan op plekken die niet zichtbaar zijn, waarmee monitoring extra risico's met zich meebrengt. 3) Het opvijzelen van de steunpunten zal de initiële oorzaak van de schade gedeeltelijk wegnemen. Echter, indien de wapening aan de onderzijde van het wegdek geen goede verbinding meer heeft met het beton is er een tweede oorzaak voor eventuele groei van de schade erbij gekomen. De gladde wapening zal immers niet meer voldoende trekspanning kunnen opnemen. Dit zal zich openbaren door een verder scheurgroei die gemonitored kan worden. Indien gewenst kunnen de door dit effect ontstane scheuren worden gerepareerd door aan de onderzijde van het brugdek koolstof strips op te lijmen, zoals beschreven staat in bijlage 2. 4) Tenslotte, gezien de ernst van de schade, lijkt het ons wenselijk om het passeren van zware voertuigen over de brug te verbieden. We denken hierbij aan vrachtvervoer en bussen. Deze voertuigen hebben niet alleen een te hoog gewicht, de belasting heeft tevens een dynamisch karakter (trillingen) en een vermoeiingseffect op de wapening.
DATUM
Bijlage 1.
Nieuwsbericht van de firma Tebecon
23 april 2008 BRIEFNUMMER
Ingelijmde lamellen versterken viaduct aan bovenkant
2008048-080423-1740 VOL G NUMMER
6/10
Machine zaagt dertien sleuven in één werkgang Eindhoven - Koolstof lamellen die vanaf de bovenkant in de dekkinglaag zijn geplaatst, versterken sinds eind vorig jaar viaduct de Molenberg in de A2 onder Eindhoven. Met dank aan een slimme vreesmachine. De operatie vindt plaats in vier nachten tijdens het weekeinde, telkens is één rijstrook afgezet. In veertien uur tijd worden eerst de asfaltlagen verwijderd, sleuven gefreesd, koolstof lamellen geplaatst, epoxy aangebracht, een waterkerend membraan opgespoten en weer nieuw zoab gedraaid. Volgens Koos van de Klundert van Tebecon dat de versterking heeft aangebracht, had het zelfs in twee nachten gekund. “Veel sneller in elk geval dan de acht waar we aanvankelijk rekening mee hielden. Om maar te zwijgen van de tijdswinst vergeleken bij het overlagen met hogesterktebeton.” De Molenberg in de A2 is een typisch plaatviaduct uit de jaren ’60 dat volgens de huidige eisen onvoldoende gewapend is. Als onderdeel van het Komos Blokdoos-project krijgt bouwcombinatie Strukton Betonbouw Rasenberg de opdracht de trekvelden van het viaduct te versterken. Niet alleen aan de onderkant, maar ook boven de tussensteunpunten. Vooral dat laatste is lastig, want oplijmen van koolstofwapening bovenop een brugdek levert al gauw het gevaar op dat bij een volgende keer dat het asfalt wordt vervangen, ook de opgelijmde wapening wordt weggefreesd. Bovendien kan niet snel worden geasfalteerd, omdat de epoxy vloeibaar wordt onder het warme asfalt en dan wegloopt. Dus moeten de strips worden ingepakt in een laag cementgebonden mortel. Daardoor kan de lijm geen kant meer uit. Maar die mortel moet ook eerst uitbarden en bovendien moet het complete viaduct worden uitgevlakt met het oog op toekomstige werkzaamheden. Dat vreet ook weer tijd. Hogesterktebeton Vanwege dit soort overwegingen zitten Strukton en Rijkswaterstaat bij de voorbereiding lang op het spoor van overlagen met hogesterkte-
DATUM
23 april 2008 BRIEFNUMMER
2008048-080423-1740 VOL G NUMMER
7/10
beton. Maar ook daar kleven flinke nadelen aan. De nieuwe betonlaag moet worden verankerd aan het brugdek en moet geruime tijd uitharden. Daarmee gaat al een belangrijk deel van een eventuele weekeindafsluiting verloren. Bovendien moet een complete weghelft worden afgesloten en kan het niet per rijstrook worden aangepakt. Daarom besluit Strukton volgens Bauke Lobbezoo, projectdirecteur namens Strukton, toch eens beter te onderzoeken of er nog andere manieren zijn om koolstofwapening aan te brengen. S&P Clever Reinforcement Company, fabrikant van koolstof lamellen, komt daarop met gegevens van een interessant referentieproject in Australië. Daar zijn lamellen verticaal aangebracht in smalle sleuven. Daarin liggen ze veilig opgeborgen, bovendien is het aanhechtingsoppervlak veel groter dan bij opgeplakte lamellen. Ook de inleiding van de trekkrachten in de koolsof wapeningstrips gaat daardoor veel beter. Samen met Tebecon wordt die mogelijkheid verder uitgewerkt. Het specialistische betonbedrijf uit Oudenbosch besluit samen met Zundert Betonboringen een speciale machine te ontwikkelen die dertien sleuven in één werkgang zaagt. Dat levert een enorme tijdsbesparing op. In de sleuven van 20 millimeter diep en 6 millimeter breed op een onderlinge afstand van 80 millimeter worden naast elkaar twee koolstoflamellen geplaatst. Daarna wordt de sleuf gevuld met expoxyhars en gaat over het hele betondek een polyurea spuitmembraan dat binnen een paar seconden uithardt en een waterdichte laag vormt die bestand is tegen dooizouten. Dat de hars, zodra er asfalt van 180°C overheen komt, een temperatuurschok krijgt, kan dan geen kwaad meer. Sterker, de hechting wordt er alleen maar sterker door, blijkt uit onderzoeken van S&P. Vooral de logistiek luistert volgens Van de Klundert heel nauw. In exact de goede volgorde moet het materiaal klaar staan en over het brugdek trekken. Het viaduct beschikt namelijk niet over een vluchtstrook, dus is er geen ruimte om langs de zijkant materieel of materiaal aan te voeren. Ondanks het vochtige en koude weer in november en december loopt het volgens de Tebecon – directeur als een trein. Er kan zelfs nog een reparatie worden meegenomen van een stuk slecht beton dat ze ontdekken als het asfalt is verwijderd. Ook Lobbezoo is enthousiast over de manier van versterken. Als het aan hem ligt wordt de techniek vaker ingezet. Zeker met het oog op de aanpak van de 1200 verouderde betonnen kunstwerken die Rijkswaterstaat momenteel onderzoekt. De verwerkingskosten zijn weliswaar hoger dan bij het overlagen met beton, maar dat wordt ruimschoots goedgemaakt doordat de weg veel minder hoeft te worden afgesloten. Binnen het Kosmos - project worden voor afsluitingen immers ook hoge kosten in rekening gebracht. Deskundigen Maar Lobbezoo wil niet te vroeg juichen, want viaduct De Molenberg is nog niet opgeleverd. In het voortraject heeft hij heel wat overtuigingskracht aan de dag moeten leggen om de verantwoordelijken mee te krijgen. Voor de zekerheid laat hij vooraf ook extern deskundigen naar het ontwerp kijken. Die oordelen positief. Tijdens de uitvoering staat een expert van bureau Bouwzeker er namens Rijkswaterstaat met de neus bovenop. Ook zijn rapportages zijn enthousiast. Maar Strukton moet de schampkanten en de vroegen van het viaduct nog aanpakken. Dat gaat mee in het Kosmo- traject waarbij achterstallig onderhoud van vierhonderd kunstwerken in Brabant en Limburg wordt ingehaald. Pas als dat is gebeurd en het viaduct wordt opgeleverd krijgt Lobbezoo het definitieve oordeel van Rijkswaterstaat.
DATUM
Bijlage 2.
ERVAS koolstofvezel lamellen
23 april 2008 BRIEFNUMMER
Samenvatting:
2008048-080423-1740 VOL G NUMMER
8/10
Bij verandering van de conditie van of de werkelijke belasting op een betonnen constructie, kunnen de berekende grenswaarden overschreden worden, waardoor de beton versterkt dient te worden. Het toepassen van onder meer Koolstofvezels, aan de buitenzijde van de constructie aangebracht, kan een oplossing zijn. Ervas gebruikt ondermeer Koolstof Lamellen. Voor ronde vormen zijn Koolstof Sheets beter geschikt. Ook voor andere materialen kunnen deze toegepast worden. Waarom koolstof versterking? Elementen uit gewapend beton worden voor een gegeven belasting statisch berekend en uitgevoerd. Het komt echter regelmatig voor dat de constructie van een gebouw of brug te weinig wapening bevat om de gewenste treksterkte te kunnen leveren. Zoals in de inleiding aangegeven kunnen gedurende de levensduur van een bouwwerk omwille van verschillende redenen de eisen en de condities veranderen. Ook kan de oorzaak daarvan liggen bij een indertijd verkeerd uitgevoerde berekening.
DATUM
23 april 2008 BRIEFNUMMER
2008048-080423-1740 VOL G NUMMER
9/10
Ervas biedt in dit geval een oplossing met de applicatie van koolstof (‘carbon’) vezel aan de buitenzijde van de constructie. Hiervoor wordt een epoxylijm gebruikt. De voordelen van het gebruik van koolstof in vergelijking met staal zijn de tienmaal hogere treksterkte en het geringe gewicht ervan. Koolstofvezels kunnen worden toegepast ter versterking van beton-, hout- en baksteencontructies. De koolstofvezel wordt in twee vormen toegepast: als strips voor het versterken van horizontale constructiedelen of als weefsel voor kolommen. Gebruik en toepassingen ERVAS koolstofvezel CFRP Lamellen kunnen gebruikt worden voor het na-versterken van gewapende betondelen om de dragende capaciteit te verhogen van belastte elementen (verhoging van de buigspanning). De verhoogde buigcapaciteit resulteert in kleinere doorbuigingen en een vermindering van de scheurvorming. Het uitwendig oplijmen van deze lamellen heeft duidelijke voordelen ten opzichte van stalen platen en geeft de ontwerper een ruimere vrijheid bij het ontwerpen. Koolstofvezellamellen kunnen zowel op hout als op betonnen liggers, kolommen, vloeren en muren aangebracht worden voor een blijvende versterking en dit zowel voor een positief als een negatief moment. Een voorbeeld In Bergen op Zoom zorgde Ervas voor uitwendige versterking van uitkragende balkons op een succesvolle en kostenefficiënte manier. Dit betrof de betonnen balkons van drie flatgebouwen met vijf bouwlagen koopappartementen van twee jaar oud. Bij de berekening van de wapening werd een fout gemaakt. Daardoor ontstond aan de onderzijde uitgebreide scheurvorming. Omdat de flats dichtbij het brakke water van de Oosterschelde zijn gelegen en de zoute zeewind snelle aantasting van de wapening kan veroorzaken, ontstond een gevaarlijke situatie. Het vernieuwen van de betonconstructie zou voor zeer veel overlast zorgen, stalen balken eronder waren esthetisch niet verantwoord. Het voordeel van reparatie met koolstofvezels is, dat deze nauwelijks zichtbaar zijn. Aanpak Ervas werkt met een speciaal ontwikkeld softwarepakket voor onder meer de berekening en het werkplan voor de benodigde versterking. In Bergen op Zoom werd eerst het eigen gewicht van de balkonvloeren geneutraliseerd door deze te onderstempelen en vervolgens op te vijzelen. Het betonoppervlak werd gestraald om een goede hechting te verkrijgen, vervolgens werden de lamellen erop gelijmd en (blind) genageld door voorgeboorde gaten. Tenslotte werden de lamellen in betonkleur afgewerkt.
DATUM
23 april 2008 BRIEFNUMMER
2008048-080423-1740 VOL G NUMMER
10/10
Door tekort aan wapening zijn scheuren ontstaan in het beton
Lamellen-lijm aanbrengen
Ontlasten balkon
Lamellen plaatsen
Over de lamellen Korte beschrijving Ervas CFRP lamellen zijn gepultrudeerde platen die bestaan uit uni directioneel gestrekte koolstofvezels in een epoxy matrix. Er zijn twee types lamellen beschikbaar met elasticiteitsmoduli groter dan respectievelijk 165 kN/mm2 en 205 kN/mm2. Verwerking in het kort Om ervoor te zorgen dat de overdracht van de belastingen van de ERVAS CFRP-Lamellen naar de ondergrond goed gebeurd moet het oppervlak opgeruwd worden via zandstralen of opschuren. Vervolgens worden alle beschadigde delen (scheuren, grindnesten en/of oppervlaktegebreken) gerepareerd en het oppervlak schoon en stofvrij gemaakt. De lamellen worden met een epoxygel aan het oppervlak gelijmd. Het materiaal mag dan 24 uur niet verstoord worden. De lamellen zullen de beoogde sterkte behalen na 7 dagen.
