Optimalisatie van Hoge Sterkte Beton uitbouwbruggen : deel 2: hoofdstudie

In deze studie zijn 7 alternatieve ontwerpen voor de 2e Stichtse Brug uitgewerkt. Hierbij zijn combinaties van materialen toegepast om te kijken of met bepaalde combinaties een grote besparing kan worden bereikt. Na het ramen van de hoeveelheden blijkt dat de toe te passen hoeveelheden voorspanning, beton en wapening ongeveer gelijk zijn aan elkaar ondanks het toepassen van HSLB in plaats van HSB en inwendige voorspanning versus uitwendige voorspanning. Hieruit kan men concluderen dat het toepassen van een zo goedkoop mogelijk beton en alleen inwendige voorspanning bij ontwerpen met een gelijke constructiehoogte gunstiger zal uitpakken. Echter bij een zo laag mogelijke constructiehoogte kan men het beste een combinatie van HSLB en HSB toepassen met alleen inwendige uitkragingsvoorspanning en eventueel uitwendige continuïteitsvoorspanning. Door het verlagen van de constructiehoogte wordt vooral bespaard op de toe te passen hoeveelheden grond. Verschillende problemen kunnen optreden bij een verlaging van de constructiehoogte. Deze zijn: dwarskracht kan niet meer opgenomen worden, het benodigd aantal voorspankabels kan niet meer in de doorsnede worden geplaatst, de doorbuiging wordt maatgevend en niet te vergeten het maximum wapeningspercentage wordt overschreden waardoor de drukzonehoogte te groot wordt. In de onderzochte varianten blijkt voornamelijk dat het maximum wapeningspercentage of de gecombineerde schuifspanning uit dwarskracht en wringing te groot wordt. Om het probleem van de te grote drukzonehoogte te omzeilen kan de ondervloer dikker worden gemaakt, echter met als gevolg een groter eigen gewicht en een toename van de momenten en daarmee wordt het toepassen van extra voorspankabels noodzakelijk. Bij de toetsing van het maximaal wapeningspercentage moet er echter rekening mee worden gehouden dat alleen de wapening die voor het opnemen van de belastingen mee wordt genomen. Het probleem van de schuifspanning kan worden verholpen door het verhogen van de ligger of verdikken van de wanden. Het toepassen van uitwendige uitkragingsvoorspanning is op zich een goed idee aangezien het storten van het beton vereenvoudigd wordt. Er kleven echter ook enkele nadelen aan. De meest in het oog springende nadelen zijn; door het plaatsen van de voorspanning in de koker onder de bovenflens zal het samengestelde zwaartepunt van het wapenings- en voorspanstaal naar onder verschuiven waardoor de eis voor de maximale drukzonehoogte eerder maatgevend wordt. Verder kan het plaatsen van uitwendige uitkragingsvoorspanning zorgen voor druk in de bovenflens én in de onderflens (in de bouwfase), terwijl het de bedoeling is dat alleen de bovenflens wordt voorgespannen en in de onderflens een kleine trekspanning door de voorspanning optreedt om de druk door het eigen gewicht en de rustende belasting te compenseren. Een derde nadeel van uitwendige voorspanning is de prijs. De prijs per ton van uitwendige voorspanning is ongeveer 30 tot 35 % hoger dan van inwendige voorspanning. Het toepassen van dezelfde hoeveelheid uitwendige voorspanning als inwendige voorspanning zal dus betekenen dat de kostprijs van het ontwerp met uitwendige voorspanning hoger ligt dan van het ontwerp met alleen inwendige voorspanning. Wil men uitwendige voorspanning economisch toepassen dan zal er een lagere hoeveelheid beton moeten worden toegepast vanwege de hogere kostprijs van uitwendige voorspankabels. Het meest geschikte ontwerp voor wat betreft de kosten zal zijn het ontwerp met de laagste constructiehoogte en een combinatie van HSLB en HSB. De besparing op de totale kosten kan van dit ontwerp toch al gauw €500.000 zijn