Vlaketunnel Liftproef rubber voegprofiel W9B Op 16 en 17 februari 2011
1
Vlaketunnel – Liftproef rubber metaal voegprofiel W9B
Datum 1 maart 2011 Opsteller ing. L. Leeuw Status definitief
1. Inleiding
3
2. Ontwerp Nebest liftproef
5
3. Uitvoering Heijmans liftproef opstelling
6
4. Liftproef 150 mm op 16 en 17 februari 2011
9
5. Versnelde liftproef tot breuk op17 februari 2011
14
6. Grafieken liftproef 150 mm
16
7. Grafieken versnelde liftproef tot breuk
17
8. Kwaliteitsgegevens rubber voeg profiel W9B (test 2007)
18
9. Conclusie
19
10. Bijlagen
Boring rubberprofiel : Tebecon/ Van Zundert Betonboringen P.Spitters / C. van Zundert Liftproef W9B
: Heijmans Beton- & Waterbouw
Afdeling Span- en Verplaatsingstechnieken Met medewerking van: M. Makkink Projectleider HSVT F. Verstappen Chef werkplaats T.van Oudheusden Werkplaatsmedewerker Nebest
: Ontwerp / uitvoeringsbegeleiding Ing. L.Leeuw Senior Uitvoeringsingenieur
2
1. Inleiding In de avond en nacht van 12 en 13 november 2010 kwam vloer moot 9 van de oostelijke toerit van de Vlaketunnel omhoog, als gevolg van het breken van de Dywidag trekankers en de grondwaterstand. De verplaatsingen gemeten op 13 november om ca. 01.00 uur waren als volgt:
Zuidbaan <2.5 6
9.3 13 14.5
Noordbaan 14
15.5 14 10 8 3>
z1.7
z5
Fig. 1 Schematische doorsnede voegmoot 9 -10 oostelijke toerit Maximaal gemeten waarden lifting (13-10-010/ 14.30 u) in cm Meetpunten vlnr : midden vs, kantstrepen rijstrook 2 en 1, midden opstort, kantstrepen rijstroken 1 en 2, midden vs. Vloerdikte 70 cm, rijbaanbreedte 31.40 m, wanddikte 70 cm, wandhoogte Zd=5.73 m, Nd= 4.92 m Fundering vibro-com. palen met centrale Diwidagstaaf 36 mm. Voegwijdte 2 cm De liftwaarden van voegmoot 8-9 waren vlnr (zie meetpunten fig.1)
<1/z3.5-2-3-4.5-3.8 / berm 4 /4-5-3-2-z3>3.5 cm
Fig.2 Noordelijke rijbaan, rijstrook 1, mootvoeg 9-10 15 cm omhoog, 13 nov. 2010
Fig. 3 Noordelijke wand 5 cm omhoog en 3cm nr buiten!
Gezien de grote verplaatsing in de vloer, ca. 15 cm, rees de vraag of het rubberprofiel nog wel heel/ waterdicht is? Na de lifting werd er geen lekwater op zowel de betonvloer als in de hemelwater afvoergoot midden waargenomen. Ook de video inspectie van de waterafvoergoot vertoonde geen extra waterafvoer ter plekke van de voeg. Bedacht is wel dat de voegwijdte, gemeten 2 cm, vol zit met puin, asfalt en zand. Dit kan mogelijk ook verstoppend werken. Een bemaling was nog niet geïnstalleerd. Besloten werd in het herstelteam Vlaketunnel een liftproef te doen op de grootste verplaatsing (midden vloer) Behalve de standaard trekproef conform de NEN norm 7030, zijn in het verleden dergelijke praktijk testen niet eerder uitgevoerd. Er was dus geen referentie. Nebest heeft een voorstel uitgewerkt van de liftproef, waarbij de proef op schaal 1:1 is gepland. De betonkwaliteit is gebaseerd op de druksterkte uit de betonkernen van vloer moot 9 > B 45.
3
In 2007 is, in het kader van het document “Lekkage in tunnels” , onderzoek uitgevoerd naar de rubberkwaliteit van in de RWS tunnels toegepaste rubber metalen voegprofielen, W9u of W9B. Uit de Vlaketunnel zuidwand van mootvoeg 14-15 oostelijke toerit is toen een rubberprofiel boven de grondwaterstand uitgeboord en heeft de leverancier van de huidige rubbermetaal voegstroken, TrelleborgBakker, deze extern bij Deltarail laten beproeven volgens de huidige norm NEN 7030. Het rubber is op 2-4-1973 geleverd door Vredestein. Het resultaat van de gehele test staat op blz. 18. Uit de test blijkt dat : - de hardheid was 68-72 (eis 60+-5) - de treksterkte 17.7 N/mm2 (eis > 17.7 N/mm2) - rek 313 % (eis 375%) Het rubberprofiel W9B van de voegmoot 9-10 is gelijk aan het geteste profiel in 2007, reden om voor de proef een gelijkwaardig rubberdeel te boren uit de noordwand van de desbetreffende mootvoeg 14-15, d.d. 17 januari 2011. Conform het voorstel was een rubberbreedte nodig van 300 mm, hetgeen betekende een boring van 500 mm.
Fig. 6 Rubberprofiel uit Noordwand mootvoeg 14-15 Voor de liftproef is een 300 mm breed deel gezaagd.
122 72
' 255 128
122 128
72
Fig. 7 Afmetingen rubber metalen voegstrook W9B
400 500
4
2 Ontwerp Nebest Twee betonblokken 400 x 400 x 700 mm, gewapend volgens ontwerp Vlaketunnel, vloer moot 9. Alle wapeningstaven diam. 12 mm, betonkwaliteit ca. B 45 - B 55 (toen K 300 nu uit boorkernen > B 45) Ingestort het rubber W9 B profiel uit noordwand Vlaketunnel.
Fig. 7 Opstelling betonblokken met rubbervoegprofiel.
350
Wapening rechterblok spiegelbeeld linkerblok
350
400
Vijzel met slaglengte 15 cm
Tijd rekdiagram rubber profiel
15 ∆ Z cm tijd/ ∆ Z gelijk in proef
0 21.00 24.00
0
16
4 12-dec-10
8.00
16 13-dec
> ∆Z
14-12-10
aanbrengen ballast uren
5
Fig. 8 Plattegrond oostelijke toerit Vlaketunnel Gele vak moot 9 , rode mootvoeg 14-15 locatie geboorde rubbers uit noordwand
3. Uitvoering proefopstelling Heijmans Beton- & Waterbouw, Afdeling Span- en Verplaatsingstechnieken te Rosmalen heeft de proefopstelling uitgewerkt en op haar werf gemaakt. De betonblokken zijn met een Betec cementgebonden mortel gemaakt, waaraan de grindfractie 32 mm is toegevoegd. De blokken zijn in een 30 gr. waterbak bewaard om tijdig de verlangde
druksterkte > B 45 te bereiken. Drie betonkuben zijn beproefd in een drukbank. Hieruit kon een druksterkte van> B 45 worden afgeleid.
Fig. 9 Drukbank opstelling te werf Rosmalen
Fig. 10 Gedrukte kubus.
6
Na het betonneren zijn de betonblokken op een dubbel HEB 600 profiel balken geplaatst. Heijmans heeft vanwege de stabiliteit gekozen om het te liften betonblok ook te verankeren aan een HEB 600 profiel. Hoekstalen zijn gelast om kantelen tijdens het liften te voorkomen. Het blok draait om een aan het uiteinde van de 10.00 m lange stalen balk gelaste strip, waardoor bij het liften de bovenwijdte van het betonblok van 2 cm tot 3 cm toeneemt.
De vloerlengte is 18.14 m. De hoge zijde was in het midden 15 cm gelift en aan de lage zijde 4. Het verschil is 11 cm over 18.14 m. De gekozen opleglengte van 10 m hoeft geen grotere invloed te hebben op de voegwijdte bij een veronderstelde doorbuiging vloer idem de dwarsrichting. In dwarsrichting is de vloer bol komen te staan en zijn de buitenwanden naar buiten gedrukt.
Fig. 11 Opstelling betonblokken op en aan dubbel HEB 600 bij Heijmans op de werf te Rosmalen.
Het vijzel had een slaglengte van bijna 15 cm, een vijzeloppervlak van 265.6 cm met elektronische uitlezing. Om uitval bij het liften en in de wachttijd van het vijzel te voorkomen werd de ring tussentijds aangedraaid. Tussen het vijzel en de uitvulblokken is een trekdraad unit gemonteerd voor de digitale lengtemeting liften van het rechter betonblok
Fig. 12. Detail betonblokken met vijzel onder het rechter blok op een 2 x HEB 600 (lang 10.00 m)
7
`
Weersgesteldheid Betontemperatuur ca. 12 gr. C Rubbertemperatuur ca. 8-9 gr. C. Overdag: zonnig met koude nacht. Gesteld kan worden dat de temperatuur ongeveer gelijk is geweest aan de temperatuur op locatie, ca. 10 gr. C (niet gemeten)
Fig. 12 Gelaste draaibare einde dubbel HEB 600 profiel aan opleg 2xHEB 600 profielen.
Fig. 13 Trekdraad t.b.v liftmeting (0,00 mm) met digitale aflezing.
8
Fig. 14 Vijzelen met hydrauliek
Fig. 15 Digitale aflezing vijzelslag in 0,00 mm
Het registeren van de verticale oppersing met een trekdraad (Fig. 13) en digitale uitlezing. De manometerstand werd eerst afgelezen op een analoge manometer, maar vervangen door een gedigitaliseerde (nauwkeuriger) afleesunit. 4. Liftproef Opzet was om de praktijksituatie van liften vloer te simuleren en daarna de proef te herhalen totdat breuk optreedt. Het tijdrekdiagram voor liften (4 uur) en daarna op spanning houden (16 uur) is gevolgd met een versnelde aflaten van 4 uur i.p.v. 8 uur. De vloer werd op 13 november geballast en is geheel terug gekomen. Gesteld kan worden dat het aflaten van de lifting van 15 cm in 4 uur ongeveer geen invloed heeft op de rubber liftproef. Bij een lifttijd van 4 uur en 15 cm is gekozen voor een tijdsinterval van 5 minuten en wordt de lifting 150 mm/ 4 x 12 = 3mm/ 5 min. Deze tijd bleek nodig voor de meetprocedure en het bijhouden van de lifting. De nul situatie voegwijdte is 2 cm, maar door de lifting en het 10.00 m. verder gelegen draaipunt wordt de bovenwijdte groter tot 3 cm. Tijdens de uitvoering bleek dit geen voordeliger effect te geven dan als de voegwijdte 2cm gebleven zou zijn. Door aan gelaste strippen kon een boven- en onderwijdte t.p.v. de twee betonblokken worden geregistreerd.
Fig. 16 Startsituatie liftproef uur 11.45 = 0 op 16 februari 2011 Voegwijdte 2 cm Aangelaste strippen t.b.v voegwijdte meting boven en onder W9B
9
In de situatie Vlaketunnel heeft het rubberprofiel in de voeg van moot 9-10 waarschijnlijk al een rek gehad van ca. 2 cm, die geheel over het gedeelte tussen de ingestorte rubber knobbels zal zijn opgenomen en zal de rubberspanning door relaxatie zijn verdeeld. Beton vloermoten worden in de bouwfase koud (geen voegwijdte) tegen elkaar gestort. In de situproef is een voegwijdte van 2 cm aangehouden en is het rubberprofiel niet voorgerekt. De proef is in dit geval ongunstiger dan de praktijk.
Fig. 17 t/m 24 + 0.00 uur = + 0 mm
+ 1uur = + 39 mm
+ 2.5 uur = + 90 mm
+ 1.5 uur = + 57 mm
+ 3.20 uur = + 117 mm
+ 4.00 uur = + 144 mm
10
+ 5.uur + 147,51 mm (in wachttijd)
+16.25 wachttijd uur = + 147.51 mm
In de diverse fasen is te zien dat aan de onderzijde de knoop draait om de scherpe hoek en daardoor het ingestorte rubber gaat rekken en dunner worden! De rek van het rubber is dus over de gehele lengte tussen de ingestorte rubber knobbels!
Aflaten vijzels en wachtstand Voorafgaand aan het aflaten van het vijzel en naar een nulstand enkele foto’s met details voorafgaand aan het aflaten liftstand van 147, 51 mm
Fig. 25 Door rek over geheel tussen ingestorte rubber knobbel treedt verjonging van de doorsnede op. De knobbel met de stortnaadplaat zijn in die situatie de waterdichting. Ook achter de knobbel is ruimte zichtbaar. Of dit over de lengte doorloopt was niet vast te stellen. In het rubberprofiel, nominaal 300 mm breed, treed contractie op, waardoor de breedte < 300 mm wordt.
11
Fig.26
In boven vlak zijn enkele scheurtjes zichtbaar
Fig. 27 De knobbel met verjonging aan de onderzijde, waar het rubber uiteindelijk na 28,5 cm inscheurt.
Fig. 28 Aan de onderzijde een langsen inkepingen waarneembaar.
12
Fig. 29 Achter de rubber knobbel ontstaat ruimte, waarschijnlijk door contractie van het rubberprofiel aan de buiteneinden. Aflaatprocedure Na een (koude nacht) overstaan wordt de volgende dag 17 februari 2011 om 08.30 uur de aflaatprocedure ingezet van 147 mm naar 0 mm. Hiervoor is dus ook 4 uur gepland in een gelijk tempo van 3 mm per 5 minuten. Het rubberprofiel trekt zich in zijn oorspronkelijke ligging samen. In dit proces zijn geen bijzonderheden te vermelden. Start om 08.30 uur (koud) en einde om 12.30 uur.
Fig.30 -1.15 uur = + 99 mm
Fig. 31 stand op uitlezing +98,87 mm
Fig. 32 - 3.15 uur = + 27 mm
Fig. 33 -4.00 uur = +0.00 mm
13
5
Versnelde liftproef De insitu proef is daarna met een versnelde (driemaal = 1 cm / 5 min.) liftproef uitgevoerd om na te gaan wanneer het rubber scheurt. Deze liftsnelheid zal in de praktijk niet voorkomen. Door een grotere lift, moet het vijzel vanwege zijn beperkte slaglengte twee maal worden over gepakt. Ook zien we in deze fase een grotere contractie (versmalling van de rubberbreedte) Na een rek van 270 mm wordt de liftsnelheid vergroot van 1 cm tot 2 cm/ 5 min. Na het bereiken van de 280 mm grens en het verder opvoeren tot 290 mm, scheurt het rubber plotsklaps in. Het rubberprofiel scheurt aan de onderzijde van de knoop, daar waren ook inkepingen/ scheurtjes in het rubber zichtbaar. Diepte niet te meten, maar geschat 1 mm. Start versnelde liftproef om 12.40 uur op 17 februari 2011-02-28.
+ 20 mm
+ 30 mm
+ 40 mm
+ 60 mm
+ 70 mm
+ 80 mm
+ 90 mm
+ 110 mm
+ 120 mm scheurtjes onderkant zichtbaar
+150 mm
(52)
150 schaduwzijde (53)
+ 120 mm scheurtjes in bovenvlak zichtbaar
+170 mm
(57)
+200 mm
(63)
14
+210 mm
(69)
+230 mm
(73)
+240 mm
(76)
+280.39 mm
(82)
Fig. 34 Na vulstuk 100 mm + 180.39 = 280.39 mm maximale rek bereikt en scheurt rubber onderin de knoop
+ 270 mm inscheuringen onderzijde
+ 270 mm inscheuringen bovenzijde
+280.39 mm gescheurd onderin de knoop
(84)
+280.39 mm ondereinde knoop
(83)
15
6
Grafieken liftproef 150 mm
Tijd-/ verplaatsingsdiagram
Verplaatsing (mm)
150 125 100 75
∆z (mm) / t (uren)
50
0
0:00:00 0:45:00 1:30:00 2:15:00 3:00:00 3:45:00 4:30:00 5:15:00 6:00:00 6:45:00 7:30:00 8:15:00 9:00:00 9:45:00 10:30:00 11:15:00 12:00:00 12:45:00 13:30:00 14:15:00 15:00:00 15:45:00 16:30:00 17:15:00 18:00:00 18:45:00 19:30:00 20:15:00 21:00:00 21:45:00 22:30:00 23:15:00 24:00:00 24:45:00
25
Tijd
Liften & aflaten: 3 mm / 5 minuten 4 uur lift
wachttijd 16½ uur
aflaten 4 uur
Lange duurproef liften rubberprofiel
Kracht-/ lift diagram 30
Lift 147,02 mm x 25,5 kN 25
Kracht (kN)
Kracht-/rekdiagram 20 Waarschijnlijk traject
15 10 5 0 0,00
27,00
54,03
81,03
108,05 135,03 138,01 111,01
82,96
57,00
29,68
2,96
verplaatsing (lift) (mm)
Liftfase
-
aflaatfase
De stippellijn is het traject gemeten met een analoge manometer met grove aflezing, waarna is overgegaan op een digitale manometer met aflezing in 0,00 mm, zie blauwe lijn. In de weergave van de gemeten vijzelkracht (kN) is het eigen gewicht van de stalen balk en het betonblok reeds in mindering van de druk gebracht.
16
7. Grafieken versnelde liftproef tot breuk in rubber
∆z (mm) / t (uren) 350
Breuk rubberprofiel
Verplaatsing (mm)
300 250 200 150
∆z (mm) / t (uren)
100 50 0 0:00
0:15
0:30
0:45
1:00
1:15
1:30
1:45
2:00
2:15
Tijd
Tijd / liftdiagram tot breuk rubber Gekozen liftsnelheid 10 mm/ 5 minuten. Na 280,39 mm liften trad spontaan breuk op in het rubber onder de knoop
Spanningsdiagram rubberprofiel 200,00
188,64
150,00
136,11 δ (n/mm2)
100,00
95,62
spanning-/ rekdiagram (N/mm2)
50,00 0,00
0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
spanning n/ mm2
250,00
Verplaatsing (mm)
Bij het liften is bij 150, 200 en 250 mm de breedte/ dikte van het rubber onder de knoop gemeten. Door contractie werd de breedte van het rubber (300 mm) korter. Uit de mm2 rubber doorsnede en herleide kracht in rubber is het verloop van de rubberspanning af te leiden (n/mm2)
17
8. Kwaliteitsgegevens rubberprofiel W9B uit zuidwand voeg 14-15 Vlaketunnel Jaar van beproeving volgens NEN 7030 najaar 2007
18
9. Conclusie De vloer van moot 9 van de oostelijke toerit Vlaketunnel, is door breken van een aantal trekpalen (Dywidag staven) en door de grondwaterdruk in de nacht van 12 op 13 november 2011 omhoog getild. Aan de hoge voegzijde 9-10 in het midden 15 cm omhoog en aan de lage zijde in het midden 5 cm omhoog. De opwaartse zettingen bij de wanden lag in de orde van maximaal 5 cm. Tijdens het direct ballasten van de vloer moot 9 (eerst met vrachtauto’s) en de vloermoten 8 en 10 is geen lekkage, zowel door de dilatatievoegen 8-9, 9-10 en door de hemelwater afvoergoot midden (videobeelden) geconstateerd. De grote verplaatsing in het midden van voeg 9-10 gaf wel aanleiding om een 1:1 liftproef uit te voeren, omdat in deze unieke situatie niet kon worden overzien of de rubbermetaal voegstrook hierdoor gescheurd zou kunnen zijn. Nooit is eerder een dergelijke praktijkproef uitgevoerd. Bij inscheuren rubber zou pas na het uitzetten van de bemaling grote lekkage in de tunnel kunnen ontstaan, die weer tot afsluiting van de tunnelbuizen leiden. De liftproef is op schaal 1:1 uitgevoerd met een gelijksoortig rubber voegprofiel W9B uit de Vlaketunnel (37 jaar oud) geboord en met een tijd-zettingsdiagram overeenkomstig de situatie op 12/ 13 november 2010. De proef is zonder waterdruk tegen het rubberprofiel uitgevoerd. In de proef is een betonblok met het ingestorte rubberprofiel 15 cm in 4 uur in fasen, 3 mm/ 5 minuten, omhoog getild en daarna ruim 16 uur op spanning gehouden. Daarna is het betonblok in 4 uur gezakt en is het rubberprofiel geheel in zijn oorspronkelijke vorm terug gekomen. Tijdens de lift van 15 cm kunnen mogelijk zeer geringe oppervlakte scheurtjes in het oppervlak van het rubber zijn ontstaan. Het rubber is in het lijf 12 mm dik. Deze oppervlaktescheurtjes, al of niet aanwezig, leiden niet tot lekkage. In de trekproef test in 2007 uitgevoerd conform NEN 7030 bleek dat dit rubberprofiel een rek heeft van 313 %. De eis uit de NEN voor nieuwe rubberprofielen is > 375 %. Uit de driemaal versnelde liftproef (1cm / 5 min) is het rubber 28 cm verticaal uitgerekt en bij 28.39 cm gescheurd. De nominale lengte tussen de knobbels is ca. 15 cm. De totale rek is ca. (2x 6,5 cm+28=) 39 cm, het geen een rek geeft van ca. 39/15x100%= 260 % De rek volgens de norm NEN 7030 wordt uitsluitend bepaald door een langskracht (was 313 %)
Geconcludeerd kan worden dat als resultaat van de liftproef van 15 cm, idem de praktijksituatie, het rubber niet is gescheurd en dat daardoor geen lekkage door de rubber voegafdichting kan optreden. De verplaatsingen nabij de buitenwanden, waarbij het rubber zowel in de x als z richting wordt belast, zijn gering. Gezien de trekproef tot 28 cm en de trekproef conform de NEN 7030 in 2007( 313 %), kan hieruit worden afgeleid dat hier geen scheurvorming zal optreden. Uit de liftproef kan ook worden afgeleid dat de rek over het gehele deel tussen de ingestorte rubber knobbels is opgetreden.
De proefstukken met het rubber liggen voor onbepaalde tijd nog ter inzage op de werf bij Heijmans Beton- & Waterbouw Graafsebaan 67 5248 JT Rosmalen
19
