image

Samenvatting BRUGGEN 2019-3

cover sep2019

Onderzoek gestart naar een realistischer model ter beoordeling van de levensduur van beweegbare bruggen

In het maart- en septembernummer 2016 van BRUGGEN (jaargang 24, nummer 1 en 3) is aandacht besteed aan het herberekenen van beweegbare bruggen, waarbij op een empirische wijze een stappenplan is ontwikkeld om deze herberekening uit te voeren.

sep 01

Fundamenteel onderzoek werd aangekondigd en 29 juni jl. was het zover: op de TU Delft is officieel een onderzoek gestart dat moet leiden tot een realistisch model om de levensduur van brugbewegingsmechanismen te beoordelen. Antea Group, Rijkswaterstaat en de Provincie Zuid-Holland maken het onderzoek mogelijk.

Modellen in de praktijk testen

Het promotie-onderzoek van ingenieur Kodo Sektani resulteerde al in nieuwe theoretische modellen waarmee de belastingen van brugbewegingsmechanismen in verschillende situaties voorspeld kunnen worden. Nu is het zaak om de modellen te verifiëren en te valideren naar het dynamisch gedrag van beweegbare bruggen. In dit onderzoek worden geavanceerde numerieke modellen opgesteld, waarmee dynamische belastingen in brugbewegingsmechanismen voorspeld kunnen worden. Vervolgens worden de modellen aan de hand van nauwkeurige metingen, laboratoriumtesten en simulaties geverifieerd en gevalideerd. Het streven is dat dit onderzoek de basis vormt voor nieuwe rekenregels en bepalingsmethoden voor het (her)beoordelen van bewegingswerken. Hiermee kunnen we de levensduur van beweegbare bruggen in de toekomst realistischer beoordelen. We kunnen bruggen veiliger houden, maar ook meer kostenbewust in stand houden en vervangen.

Voetbrug naar een toeristisch schiereiland

Elisabeth van Blankensteinsep 02

Sinds 11 augustus van dit jaar kunnen de Britten hun hart ophalen aan een bijzonder knap staaltje van techniek, namelijk de fonkelnieuwe voetbrug naar het schiereiland Tintagel. Tintagel ligt op de onstuimige noordkust van Cornwall en is een van de meest spectaculaire bezienswaardigheden in Groot-Brittannië.
In 2015 schreef English Heritage, de organisatie die het erfgoed beheert, een internationale ontwerpwedstrijd uit voor een nieuwe brug ter vervanging van de vroegere kasteelbrug tussen het vasteland en het schiereiland.
Op 23 maart 2016 werd bekend dat de uiteindelijke keuze was gevallen op een ontwerp van het Belgische ingenieurs- en architectenbureau Ney & Partners in samenwerking met het Londense architectenbureau William Matthews Associates (WMA).
Het winnende ontwerp was gebaseerd op het concept de vroegere verbinding te recreëren en de leegte opnieuw te dichten. Ney en Matthews ontwierpen een staalconstructie bestaande uit twee uitkragende brugdelen die elkaar in het midden net niet raken. De keuze voor een uitvoering als vrije uitbouwbrug betekende dat de brug ter plaatste kon worden gebouwd en geen tijdelijke steunpunten nodig had.
In het najaar van 2018 werd op een nabijgelegen locatie begonnen met het bijeenbrengen van de bouwmaterialen en de aanvoer van de twaalf geprefabriceerde brugonderdelen (zes per uitbouwdeel). Begonnen werd vanaf het vasteland en vervolgens vanuit het schiereiland.
Zo groeiden de uitbouwdelen naar het midden toe. Nadat alle brugdelen waren geplaatst, volgde de afwerking (brugdek, hekwerk, enzovoort) en de inregeling. De hele operatie vond plaats op 57 meter boven zeeniveau.

Een duurzame toekomst volgens Meerdink Bruggen

Het is honderd jaar geleden dat Gerhard Meerdink voor het eerst in hout handelde. Een eeuw later is deze houthandel uitgegroeid tot een dynamisch bedrijf waar met grote inzet wordt gewerkt aan het realiseren van bijzondere projecten. Directeur-eigenaar Robbert de Metter licht vier toekomsttrends nader toe, die in zijn visie de komende tien jaar tot ontwikkeling zullen komen.
Trend 1: cradle to cradle (C2C)
Al jaren geleden is Meerdink in de bruggenbouw begonnen met het concept ‘cradle to cradle’. Dat betekent een optimaal hergebruik van de bestaande grondstoffen. Een C2C-brug kan tot wel 90% uit hergebruikt materiaal bestaan. Dat impliceert een zo laag mogelijke impact op het milieu.
Als een brug van hardhout aan het einde van zijn levenscyclus is, wil dat niet zeggen dat het hout niet meer gebruikt kan worden. De gebruikte stalen liggers kunnen vaak prima worden hergebruikt voor nieuwe bruggen. Op die manier is de cirkel rond en belasten we het milieu met de productie minimaal. Verantwoorde, selectieve houtkap werkt dan waarde verhogend voor het bos. En dat draagt weer bij aan een beter bosbeheer en -behoud.

sep 03Trend 2: een professionelere materialenbank
De GWW is toe aan een nieuwe manier van het kopen en aanbieden van hergebruikt materiaal. Er zal er een professionelere manier moeten komen om hergebruik van materialen te stimuleren. Er zijn verschillende materialenbanken, maar het gebruik ervan is nog niet op een goed niveau. Gemiddeld genomen hebben we het goede materiaal van drie oude bruggen nodig voor het realiseren van één nieuwe, volledig gerecyclede brug.

Trend 3: kwaliteit wordt doorslaggevend
De EMVI, Economisch Meest Voordelige Inschrijving, heeft zijn langst tijd gehad. Het gaat meer en meer om de beste brug in een situatie en om het lokaal inleven in de situatie. Je hebt niets aan een laag geprijsde brug die allerlei nadelen kent.

Trend 4: herontdekken van biobased materialen
De vanzelfsprekendheid dat een brug van één soort materiaal gemaakt is, bestaat niet meer. Je hebt tegenwoordig veel meer keus. Neem nou het cementarme en dus CO2-arme beton en het gebruik van biobased materialen, zoals hout of bamboe, graag vooroplopen. Het gaat allemaal om het minimaliseren van de CO2-uitstoot en het terugdringen van energieverbruik.
Die impact van de bouw van bruggen willen we zo klein mogelijk maken. MKI (MilieuKostenIndicatie) en LCA (Life Cycle Analysis) zijn steeds meer leidend.
Eén van de extra maatregelen die Meerdink gaat nemen om tijdens de energietransitie de CO2-uitstoot te compenseren, is het lokaal aanplanten van bomen.

De Calandbrug

Geri van Ittersum

sep 04De Calandbrug bij Rozenburg over het Calandkanaal, bestaat dit jaar 50 jaar. Dit jubileum haalt hij maar net, want de brug heeft het zwaar te verduren gehad en is toe aan een renovatie.

Het ontwerp van de Calandbrug moest destijds aan heel wat eisen voldoen. Niet alleen het verkeer naar Europoort via de N15 moest erover geleid worden. Ook het goederenspoor moest erover: de Havenspoorlijn naar Europoort en later de Maasvlakte. Deze spoorlijn zou in 2007 deel gaan uitmaken van de Betuweroute.
Het leverde in 1972 een eervolle vermelding op voor de ontwerpers, waaronder architect C. Veerling.

Wie over de brug rijdt, ziet aan de westelijke kant van het kanaal een rij hoge betonnen constructies staan. Het is een windscherm en wel het grootste ter wereld. Om het risico te vermijden dat hoog op het water uitstekende schepen tijdens de doorvaart bij harde wind de brug aanvaren, is dit 1750 meter lange windscherm gebouwd.
Het toenemende autoverkeer (in 1998 passeerden ruim 45.000 motorvoertuigen per werkdag de brug) en de toenemende brugopeningen voor de scheepvaart (gemiddeld 11,8 openingen per dag in 1998) noopten tot maatregelen. Een verkeerstunnel bleek de beste oplossing en die kwam er dan ook in 2004: de Thomassentunnel. De brug bleef behouden voor plaatselijk vervoer en het v ervoer van gevaarlijke stoffen.
Ook voor het treinverkeer is de brug steeds meer een knelpunt, dat in de nabije toekomst tot ongewenste stremming van het treinverkeer zou leiden. Immers schepen hebben voorrang op wegverkeer. Aanpassing van de Calandbrug had weinig zin concludeerde men en het ministerie van Infrastructuur en Milieu in afstemming met het Havenbedrijf Rotterdam koos voor een toekomst vaste oplossing, namelijk het omleiden van het treinverkeer via het zogenoemde Theemswegtracé. Om de drukke scheepvaart ongehinderd doorgang te laten vinden, moet het spoor de hoogte in. Er komt een stalen boogbrug over de sluis met een hoogte van 16 boven NAP. Een tweede stalen boogbrug komt over westelijke tunnelgedeelte en de parallelwegen van de N15. Het tracé kruist ook het windscherm aan de westzijde van het kanaal. Volgens de planning zal het project eind 2021 voltooid zijn. De kosten zijn begroot op 300 miljoen euro.

Als het autoverkeer door de tunnel gaat en het treinverkeer over het Theemswegtracé, blijft de brug nodig voor vervoer van gevaarlijke stoffen, voor het langzame verkeer en het lokale verkeer. Bovendien dient hij als alternatief wanneer de tunnel vanwege een ongeval afgesloten wordt Maar de brug is aan het einde van zijn technische levensduur van 50 jaar. Dit is geen theoretische gegeven, want regelmatige storingen en inspecties maken duidelijk dat er dringend groot onderhoud nodig is. De hele elektromechanische installatie zal o.a. moeten worden vervangen.
Momenteel werken Rijkswaterstaat en ProRail aan een renovatieplan. Wanneer dit zal worden uitgevoerd, is nog niet precies bekend, maar het zal pas na 2023 worden.

Bruggenstichting YOUNG, het platform voor jongeren van de Bruggenstichting, heeft voor het eerst een tweetal artikelen aangeleverd: Brugontwerp voor 3D-printen en het ontwerp van de Sognefjordbrug.

Brugontwerp voor 3D-printen

sep 05

Met de ontwikkelingen van automatische productie ligt er een grote hoeveelheid nieuwe kansen voor ons. Een machine neemt niet alleen het menselijke werk over, het zorgt ook voor een verbreding van mogelijkheden omtrent complexe en vrije vormarchitectuur en bouwmogelijkheden, zonder enig afvalmateriaal. Deze ontwikkelingen zijn belangrijke stappen richting het automatisch ontwerpen en produceren van bruggen. Voor ons als ingenieurs is het daarom van belang om een nieuwe manier van werken te ontwikkelen om automatisch ontwerp en constructieve analyse toe te passen.
Ingegaan wordt op begrippen als Generatief ontwerp van bruggen, Generatief constructief ontwerp en Integraal constructief ontwerp.

Conclusies en toekomstperspectief
- materiaal
Generative Design is een bijzonder goede tool om het ontwerp en de engineering te automatiseren. Op dit moment is Autodesk Generative Design nog niet volledig geschikt voor het ontwerp van bruggen. Hierdoor is het niet mogelijk om te genereren met isotrope materialen zoals VVK, en isotrope materialen met verschillende druk- en trekspanningscapiciteiten.
- constructieve analyse- de toekomst van automatisch ontwerp en productie
Automatisch ontwerp en productie en de recycle mogelijkheden van VVK vormen een uiterst geschikte combinatie voor een korte levensduur van bruggen.
Eisen met betrekking tot veiligheid en comfort veranderen per decennium. De vraag is dan ook waarom een brug voor 200 jaar ontworpen moet worden met extra materiaal wat de eerste 50 jaar niet nodig zal zijn, terwijl je ook een brug voor 20-30 jaar kunt bouwen en kan herbouwen met hetzelfde materiaal voor een andere functie.
De oplossingsrichtingen zijn nu nog niet duidelijk, maar nieuwe, constructieve materialen en ontwerpmethoden brengen ons nieuwe manieren van werken voor de infrastructuur en de bebouwde omgeving.

sep 06Ontwerp brug Sognefjord

Langs de kust van Noorwegen loopt de E39, een snelweg die onderdeel is van het Europese hoofdwegennet. Op elf plaatsen moet het verkeer op deze weg een fjord oversteken met een pontje, wat veel tijd kost. De Noorse overheid onderzoekt of de reistijd verminderd kan worden door vaste verbindingen over de fjorden aan te leggen. De lastigste fjordovergang is ter plaatse van het Sognefjord, waar 3,7 km overbrugd moet worden. Omdat het Sognefjord 1,2 km diep is, zijn conventionele bruggen niet haalbaar. Als afstudeeronderzoek, van Willem Cijsouw is de haalbaarheid onderzocht van een drijvende brug.
Ontwerp
Deze brug, een gezamenlijk ontwerp van Iv-Consult en Zwarts & Jansma Architecten, bestaat uit een stalen vakwerk, gedragen door 22 betonnen pontons. Onder water ligt een net van staalkabels dat zijwaartse bewegingen van de pontons moet beperken. Halverwege heeft de brug een 400 m brede, 70 m hoge doorgang voor scheepsverkeer. Dit maakt de maximale overspanning van de brug 463 m. De overige brugdelen overspannen 200 m. Door de S-curve in de brug is de totale lengte 4,5 km.
Constructie
De brug zal grote verplaatsingen en rotaties ondervinden onder invloed van wind, golven en stromingen. Door hoge onderhoudseisen van de Noorse overheid zijn interne scharnieren niet gewenst, zodat gekozen is voor één continue brugligger zonder interne scharnieren. Deze brugligger is daardoor statisch onbepaald, die bovendien continu opgelegde verplaatsingen door (licht) bewegende pontons ondervindt. Een belangrijke vraag in het afstudeeronderzoek was dan ook of dit niet tot te hoge spanningen in de staalconstructie zou leiden.
Een ander belangrijk aspect bij deze brug is robuustheid. Zo moet de brug een botsing met een groot schip aankunnen. Hiervoor is in elk ponton een ring van compartimenten voorzien.
De uitvoering bevat ook uitdagingen: hoe ga je bijvoorbeeld kabels aanbrengen waar tienduizenden kN’s kracht op staan? Of brugliggers van 27 meter hoog 70 meter de lucht inhijsen? Voor veel oplossingen kan gekeken worden naar de offshore-industrie.sep 07

Poort van Emmeloord in gebruik

ir. Chris Wattel, ipv Delft
In Emmeloord is de nieuwe, beweegbare Marknesserbrug in gebruik genomen. Het moderne ontwerp integreert architectuur en techniek tot een waardige, beeldbepalende stadspoort. Dankzij zonnepanelen op zowel balans als hameipoort, is de ophaalbrug bovendien nagenoeg energieneutraal.
Bij deze brug speelt vormgeving de hoofdrol en de doordachte technische uitwerking maakt dat mogelijk. Het bewegingswerk bevindt zich bijvoorbeeld geheel uit het zicht in de ruime kelder. Tandheugel en tandwielkast staan zo niet bloot aan de elementen, wat de brug minder onderhoudsgevoelig maakt. Het benodigde onderhoud aan het bewegingswerk is verder gemakkelijk en efficiënt uit te voeren omdat alles zich in dezelfde ruimte bevindt.
Buiten bereik van de weggebruiker, namelijk op de bovenzijde van zowel de balans als de hameipoort, bevinden zich zonnepanelen. Deze komen in het zicht als de brug opengaat en voorzien de volledige brug van de benodigde stroom.