tracé en fietsbrug in het landschap
In het Limburgse Onderbanken is een nieuwe fietsbrug over de N274 ten noorden van Schinveld gebouwd. We ontwierpen de 188 meter lange brug en het gehele tracé van 350 meter in nauwe samenwerking met kunstenaar Marijke de Goey, de gemeente Onderbanken, de provincie Limburg en IBA. Voorafgaand aan het ontwerp voerden we een variantenstudie uit om het meest geschikte tracé te bepalen. Het tracé houdt het landschap zo open mogelijk.
in situ beton
De brug van in het werk gestort beton is opgedeeld in overspanningen van een kleine dertig meter per stuk. Hierdoor ontstaat een helder en continu beeld, en is de ruimte onder de brug vrij in te delen. Toepassing van het in situ beton zorgt er onder meer voor dat de brug één lang geheel vormt en maakte de slanke steunpunten mogelijk. Het dek is voorzien van voorspanning.
kunstobjecten
Marijke de Goey ontwierp een drietal kunstobjecten die zijn geïntegreerd in het brugontwerp en de poortfunctie van de brug visualiseren. De brug ligt tenslotte dicht bij de Duitse grens en markeert de overgang naar het Limburgse landschap.
specificaties fietsbrug
afmetingen: 330 m tracé, brug 188 m
oplevering: februari 2019
meer informatie?
bel Gerhard Nijenhuis:
015 750 25 72
projectteam
Joost Vreugdenhil
Gerhard Nijenhuis
ipv Delft presentatieboek
2020
De nieuwe fietsbrug over de N274 bij Schinveld (Limburg) valt niet alleen op door het geïntegreerde kunstobject, maar vooral ook door het doorlopende slanke dek. Dit 188 m lange dek is in het werk gestort, ligt in een bocht en is over de gehele lengte voorgespannen.
1. Pijler fietsbrug over de N274 met enkele oplegging en fixatie in dwarsrichting
Ontwerp en realisatie van de brug maakten deel uit van de reconstructie en aanpassing van de N274 in de gemeente Beekdaelen (voorheen Onderbanken). Met de brug is voor fietsers een veilige oversteek gecreëerd ter hoogte van de nieuwe turborotonde bij de Jabeekerweg. Samen met drie kunstobjecten accentueert de brug de poortfunctie voor de plusregio Parkstad, bij de grens met Duitsland.
Tracéstudie
Aan het ontwerp van de brug ging een uitgebreide variantenstudie vooraf. Ipv Delft zocht daarbij met kunstenares Marijke de Goey en een werkgroep naar het meest geschikte tracé op basis van onder meer landschappelijke inpassing, fietserscomfort en uitvoeringskosten. Dit leidde tot een 350 m lang tracé, dat bestaat uit een 188 m lange brugconstructie met een fietspad op grondlichamen aan weerszijden (fig. 2). In bovenaanzicht vormt de gehele brug een lange bocht met een radius van 185 m. De ontwerpers stond een zo slank mogelijke brug voor ogen met grote overspanningen. Om dit mogelijk te maken is gekozen voor een geheel in het werk gestorte constructie met doorlopende voorspanning. Zowel pijlers als brugdek zijn ter plaatste gestort. Dankzij deze uitvoeringsmethode heeft de brug een doorlopend dek gekregen dat zorgt voor een helder en continu beeld. Door de grote overspanningen is de ruimte onder de brug vrij in te delen en bleef het zicht op het kenmerkende landschap intact. De optie met prefab brugdekdelen werd ook onderzocht, evenals prefab dekdelen in combinatie met natte knopen. Prefab bleek met name qua bouwtijd voordeliger te zijn, maar was tegelijkertijd ook duurder, meer onderhoudsgevoelig en minder slank. Bovendien zouden de brugdekdelen te groot en zwaar (280 ton) zijn voor transport. Ook de combinatie van een prefab dek met de gewenste slanke steunpunten zou de uitvoering er niet makkelijker op maken. Een eventuele deling van de prefab dekken in kleinere secties is overwogen, maar bracht ongewenste consequenties en risico’s met zich mee. Een in het werk gestort en voorgespannen dek bleek de beste optie.
Brugdek
Om de haalbaarheid van de voorspanning in het brugdek te onderzoeken, voerden constructeur en ontwerper een studie uit, waarbij zaken als bouwfasering, principe van stortnaden, globale hoeveelheid voorspanning én het voorspanverloop werden beschouwd. Een massieve doorsnede was daarbij het uitgangspunt. De beoogde slanke constructie vroeg namelijk om relatief hoge voorspanning, met een groot aantal meerveldse kabels. Die kabels lopen van hoog boven de steunpunten naar laag in het veldmidden. Hierdoor was de ruimte voor gewichtsbesparende holtes beperkt en zou toepassing van holtes bovendien zowel ontwerp als uitvoering complexer maken. De studie leidde tot het vastleggen van het principe van de voorspanning: 8 kabels uit 19 strengen van 150 mm die gefaseerd worden voorgespannen (Zie verder onder ‘Voorspanning’). Het 188 m lange dek van de fietsbrug is 4,85 m breed en verdeeld in vijf tussenvelden van 28 m en twee eindvelden van 24 m (fig. 2). Het streven om de krachten en vervormingen in het gehele brugdek van dezelfde orde van grootte te krijgen, leidde tot de kortere eindvelden. Uit esthetisch oogpunt werd gekozen voor een dek met gekromde onderzijde (fig. 3). De maximale dikte is 1,1 m en de betonsterkteklasse is C35/45.
Dankzij de constante bochtstraal is het gehele dek met één en dezelfde mal gemaakt die per brugdeel van 28 m bestond uit vier mallen van 7 m. Om reden van esthetiek, budget en uitvoerbaarheid is de gehele brugconstructie na de bouw gekeimd. De aangebrachte laag mineraalverf zorgt voor een uniforme kleurstelling van het beton (foto 4.).
4. Al het beton van de brug is uiteindelijk gekeimd
Bekisting pijlers
Behalve het brugdek zijn ook alle pijlers in het werk gestort. De steunpunten zijn zo ontworpen, dat de aannemer op basis van zijn eigen bouwfasering het aantal te gebruiken bekistingen kon kiezen. Hierbij was toepassing van een enkele mal een van de opties. Uiteindelijk zijn ze inderdaad alle met dezelfde mal gemaakt (foto 5). Toch zijn de pijlers allemaal anders qua afmetingen: de hoogte varieert en ook wat breedte betreft zijn er twee types. Er is gekozen voor ellipsvormige pijlers die naar boven toe subtiel verbreden. De drie pijlers (as 5, 6 en 7) ter plaatse van de rotonde verlopen in breedte van circa 1700 mm aan de voet tot 2000 mm bij het brugdek, de overige pijlers (as 3, 4 en 8) verlopen van 1330-1400 mm aan de voet tot 1600 mm bij het brugdek. Doordat afronding en dikte (maximaal 850 mm) in alle steunpunten gelijk is gehouden, kon één mal volstaan. De onderzijde van de mal is naar wens ingekort en voor de breedste kolommen werd een inzetstuk gebruikt.
5. Voor het storten van alle pijlers volstond één houten mal
Mortelschroefpalen
De pijlers zijn gefundeerd op een in het werk gestorte poer op schoorpalen (fig. 6). Vanwege de aanwezigheid van zeer harde bovenlagen is de brug gefundeerd op mortelschroefpalen Ø550 mm met maximale schoorstand 8:1. De schoorstand was mede vanwege de relatief geringe lengte goed te realiseren. Onder de drie grootste steunpunten staan in het werk gestorte 10-paals poeren met een afmeting van 6,5 x 2,6 x 1,4 m3, de overige zijn gefundeerd op in situ 6-paals poeren van 3,4 x 2,4 x 1,4 m3.
Botsbelasting
Voor de dimensionering van de steunpunten en onderbouw was de botsbelasting, naast het eigen gewicht en de verkeersbelasting, van groot belang. De calamiteit was hier ruimschoots maatgevend. De N274 is een provinciale weg. Voor provinciale wegen moet normaliter de hoogste categorie van tabel NB.1 – 4.1 van NEN-EN 1991-1-7 te worden aangehouden. Omdat de brug de provinciale weg echter kruist ter plaatse van de rotonde, werd bepaald dat de brug qua botsbelasting op de tweede categorie kon worden berekend: rijkswegen in landelijk gebied.
De snelheid waarmee voertuigen de brug passeren, zal relatief laag zijn; het verkeer moet afremmen voor ze de rotonde oprijden. De brug heeft een vereiste vrije onderdoorgang van 4,6 m. Dit betekende dat er geen reductie van de botsbelasting mogelijk was. Dit alles leverde een botsbelasting op van Fdx = 1500 kN, Fdy = 750 kN. Zo werd voorkomen dat de brug onnodig fors en duur zou zijn.
Logischerwijs wordt een eventuele stootbelasting met name opgenomen door de steunpunten rond de rotonde (fig. 7). Daarom zijn deze pijlers forser uitgevoerd. De pijler op as 6, in het midden van de rotonde, is ontworpen als het vaste punt van de brug. Bij een botsing tegen het dek neemt dit steunpunt het grootste aandeel van de botsbelasting op. Het doorgaande dek is vervolgens in staat de botsbelasting te verdelen over meerdere pijlers.
De zware wapening van Ø40 mm moest rechtstreeks vanuit de poer in de pijler doorlopen, zonder overlappingslassen. In dergelijke gevallen mag het wapeningspercentage hoger zijn dan 4%.
Fixatie
De pijlers nabij de rotonde (as 5, 6 en 7) zijn uitgevoerd met twee oplegpunten. De pijlers op as 3, 4 en 8 hebben één centrale oplegging (fig. 7). Er is gekozen voor opleggingen met een fixatie in dwarsrichting (foto 8). Alleen de pijler op de rotonde heeft fixaties in zowel langs- als dwarsrichting. Het brugdek kan zo de vervorming onder invloed van temperatuur in lengterichting hoofdzakelijk vrij ondergaan en blijft in dwarsrichting op zijn plaats. Horizontale belastingen in dwarsrichting worden op elke as door de discrete fixatie opgenomen. Er zijn staalgewapende rubber oplegblokken toegepast met geïntegreerde staalfixaties. Op een zo laat mogelijk moment tijdens de bouw is de scheefstand van de rubber opleggingen door de tot dan toe opgetreden krimp, kruip en voorspanning geneutraliseerd. Dit gebeurde door het dek kort op te vijzelen en daarna weer te laten zakken. Bij de landhoofden werden in een zo laat mogelijk stadium voegen van het type Freyssinet Multiflex SX270 aangebracht. Dit zodat een deel van de vervormingen door krimp en kruip onder invloed van de voorspanning al had plaatsgevonden.
8. De oplegging bij de landhoofden is in dwarsrichting gefixeerd
Voorspanning
De definitieve engineering van de voorspanning is in de uitvoeringsfase gedaan. De aannemer kreeg hierbij de vrijheid om de bouwmethode binnen de in het bestek genoemde randvoorwaarden aan te passen. Verder waren er optimalisaties mogelijk in bijvoorbeeld de keuze van de sterkteklasse van het beton, het verloop van de voorspanning, het toepassen van sparingbuizen, de positie van de stortnaden, de mate van voorspanning en de toepassing van traditionele wapening (foto 9). Al deze randvoorwaarden bepaalden uiteindelijk de keuze voor het aantal velden per stort. Er is gestort in drie fasen (fig. 6) met twee stortnaden uit het zicht van de rotonde. De eerste stort betrof het middengedeelte van de brug nabij de rotonde op as 5-7. De tweede en derde stort betrof de velden vanaf de landhoofden tot aan deze stortnaden. De kunst was een uitvoeringsmethode te kiezen waarbij de bekisting vaker kon worden gebruikt. Het had uiteindelijk ook met minder bekisting gekund, maar dan was de bouwtijd langer geweest.
9. De bekisting en wapening van een brugdeel met doorvoeren voor de voorspanning
De toegepaste langsvoorspanning is opgebouwd uit een 19 strengs-systeem. Iedere fase werd apart voorgespannen met vier voorspankabels die zorgden voor evenwicht tussen eigen gewicht en de voorspanning. Met vier afgespannen kabels voldeed het dek in de bouwfase en was het mogelijk te ontkisten voordat de volledige voorspanning aanwezig was. De bekisting werd vervolgens voor de volgende fase opnieuw gebruikt. Wat meespeelde bij het aanbrengen van de voorspanning, was dat fase 1 niet direct op honderd procent kon worden afgespannen. Er zou dan te veel trek boven het steunpunt ontstaan, doordat het moment door het eigen gewicht van de uitkraging naar de stortnaad kleiner is dan het moment uit de voorspanning.
De voorspankabels werden iedere keer doorgekoppeld met speciale voorspankoppen. In de eindfase zijn nog vier kabels over de gehele lengte van de brug voorgespannen. Dat gebeurde tweezijdig om de verliezen te beperken. Het totaal aan voorspankabels komt zo op 8 per doorsnede, conform de uitgangspunten van het DO (fig. 10).
Kunstobjecten
Bij de uitwerking van het brugontwerp vroeg ook de aansluiting van het centrale kunstobject met stalen kubussen om aandacht. Dit object vormt een geheel met de twee kleinere kunstobjecten aan weerszijden van de brug en de brug zelf. Elk object is opgebouwd uit een stapeling van kubussen uit stalen buisprofielen. Tezamen visualiseren ze de poortfunctie van de brug. Het grootste kunstobject is daadwerkelijk geïntegreerd in de brugconstructie: de bevestiging bevindt zich uit het zicht. Het kunstwerk is met stalen oplegschoenen en DEMU-ankers bevestigd aan het betonnen brugdek (fig. 11). Toegepast zijn twee rijen ankers van vier stuks DEMU 3010 M30x155 A4-80. De oplegschoenen zijn in een inkassing geplaatst, zodat het rvs spijlenhekwerk van de brug vloeiend doorloopt (foto 12). Bovendien zorgde de plaatsing van de verbinding in een inkassing voor een groter contactoppervlak, waardoor er meer ruimte was voor de benodigde ankers. Het hekwerk is hier overigens aangebracht op een overbruggingsconstructie in rvs bestaande uit een geïntegreerde koker. Vanwege de hoogte van het kunstobject, zijn de ankers mede getoetst op vermoeiing door windbelasting op de kubusstapeling. De brugrand zelf is voorzien van splijtwapening.
12. Het grootste kunstobject is zo gemonteerd, dat de brugrand doorloopt
Uitgebalanceerd kunstwerk
Het eindresultaat is een slanke witte brug die in één vloeiende beweging door het landschap snijdt en fietsers snel en veilig de N274 laat kruisen. Kunstobjecten en fietsbrug vormen samen een uitgebalanceerd kunstwerk.
13. Het eindresultaat
