Algemene projectomschrijving
Eind jaren ‘70 werd het Amsterdam-Rijnkanaal bij Nieuwegein om de Plofsluis heen verbreed en de fietsverbinding langs de Plofsluis over het kanaal onderbroken. De Plofsluis is onderdeel van de het nationaal project ‘Nieuwe Hollandse Waterlinie (NHW)’, waarbij de cultuurhistorisch, landschappelijke en recreatieve waarden van dit defensie-monument worden versterkt. Eén van de kernprojecten van dit programma is het herstellen van de fietsverbinding over het Amsterdam-Rijnkanaal ter hoogte van de Overeindsebrug en Plofsluis door een nieuwe fietsbrug in het verlengde van de Heemstederbrug aan te leggen; De Nieuwe Heemstederbrug.
HSM Steel Structures heeft De Nieuwe Heemstederbrug gerealiseerd in opdracht van de Gemeente Nieuwegein. Het contract is gebaseerd op de UAV-GC 2005 en bevat de aspecten Design, Build and Maintenance (15 jaar onderhoud) met een vooraf vastgesteld plafondbedrag.
HSM heeft gebruik gemaakt van een integraal (ontwerp)team met medewerkers van verschillende bedrijven die allen hun sporen binnen de bruggenbouw hebben verdiend. De constructieve aspecten zijn door Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam uitgewerkt. Het GWW deel is door Jos Scholman uitgevoerd (en bracht veel kennis in van de lokale situatie). De architect is Edwin Megens van Studio SK.
Er is voor een historisch bijzondere locatie een bijzondere brug gerealiseerd binnen een even bijzonder ensemble (Overeindsebrug, Heemstederbrug, Plofsluis en de nieuwe fietsbrug). Een brug die de routes, de omgeving en de onderdelen van het ensemble versterkt en niet zelf alle aandacht opeist. Geen landmark in de klassieke zin van het woord, maar een brug die het land(schap) markeert!
Het is een brug die de spannende overgang tussen Nieuwegein (massa) en het landschap (open) nader uitlicht; die de belevingswaarde vanaf alle kanten uniek maakt. Een brug die speelt met hoogteverschil, schaal, maat en zicht(lijnen) van gebruikers en omgeving. Een moderne, materiaal economische en sierlijke brug over het Amsterdam-Rijnkanaal met een intrigerende belevingswaarde en verfijnde, onderhoudsvriendelijke details die dit versterken. Een meerwaarde voor de locatie, de ecologie en de duurzame ontwikkeling van Nieuwegein, Houten en de Nieuwe Hollandse Waterlinie!
Een aantal relevante tekeningen en foto’s van het project zijn opgenomen in de bijlage. De “Collage Nieuwe Heemstederbrug” geeft een goed overzicht van het project. De QR-code op deze collage laat een mooie en korte video zien van de installatie.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
De brug is uitgevoerd als een volledig gesloten kokerliggerbrug. De totale overspanningslengte is 219,1 m. De vrije hoofdoverspanning over het Amsterdam-Rijnkanaal is 145 m. De kokerligger is extreem slank (1:53) ontworpen met een maximale hoogte van 2,7 m in het midden, reducerend tot 1,25 m ter plaatse van de aanlanding. De draagconstructie is een statisch onbepaalde, drievelds kokerligger met hooggelegen rijvloer met de volgende eigenschappen:
• De constructiehoogte van de koker is geminimaliseerd door toepassing van hoge sterkte staal S460 in combinatie met een actief verhoogd steunpuntsmoment bij de overgang naar de nevenvelden.
• De constructiehoogte ter plaatse van de aanlanding is geminimaliseerd tot 1,25 m omdat dit het optimum is tussen laag aanlanden en voldoen aan profiel van vrije ruimte.
• De belasting op de oplegging op de monumentale Plofsluis is geminimaliseerd omdat alle gewichtsbelastingen door de tussenpijlers worden opgenomen. Er resteert alleen een (trek) reactiekracht vanuit permanente en variabele belasting. Omdat deze in nagenoeg alle situaties trek oplevert is een trek-druk schalmconstructie toegepast. Deze is verankerd in de gewichtsconstructie van de Plofsluis. De trekkrachten zijn dusdanig klein in relatie tot het gewicht van de Plofsluis dat de fundatie van de Plofsluis niet wordt beïnvloed door de aanwezigheid van de brug.
• De brugkoker is voorzien van trogvormige langsverstijvingen op alle flensen (gedeeltelijk). Deze dienen als stabiliteitsverstijvingen en dragende elementen voor deklasten.
• De lijven van de brugkoker zijn volgens NEN-EN1991-1-5 berekend met de doorsnede reductiemethode. Hierdoor zijn verstijvingen in de lijven tot een minimum beperkt.
• De onderrand is dusdanig vormgegeven dat deze over de gehele lengte voldoet aan het profiel van vrije ruimte voor weg en doorvaart bij volbelasting van de brug.
• De kokerligger is uitwendig glad, vlak en geheel gesloten uitgevoerd met schuine zijkanten. Het conserveringsoppervlak is hierdoor minimaal. Tevens wordt hierdoor eventuele radarblindheid voor de scheepvaart op het Amsterdam-Rijnkanaal voorkomen.
• Door de gesloten kokerligger is de brug alleen uitwendig geconserveerd. Er is een duplex conserveringssysteem met metallische deklaag en polysiloxaan toplaag toegepast. Dit geeft maximale corrosiebescherming met de beste esthetische duurzaamheid.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Ensemble:
De nieuwe brug vormt met de Overeindsebrug, de Plofsluis en het sluiseiland een ensemble waarin de verschillende onderdelen elkaar versterken en één vorm- en functiegeheel zijn. Ze staan in dienst van elkaar en verschaffen elkaar meerwaarde. Het historisch sterke silhouet van de Overeindsebrug met daarnaast de Plofsluis blijft behouden. De nieuwe fietsverbinding verstrekt dit silhouet en zwakt het niet af. De beleving van de route wordt voelbaar gemaakt door continuïteit in beeldtaal en het ensceneren van het landschap met haar militaire monumenten. Het alignement van de gehele route en de nieuwe brug in het bijzonder staan in dienst van het beleefbaar en voelbaar maken van de historie van de plek en haar defensiegeschiedenis.
HSM heeft een brug gerealiseerd die de continuïteit van de route benadrukt door de gestrekte horizontale beweging over het kanaal te accentueren. Een ‘lichte’ brugconstructie met een kokerconstructie onderdeks, uit het zicht van de gebruikers, waardoor er bovendekse geen constructies noodzakelijk zijn. Het resultaat is een vrij zicht op de omgeving, de route, het ensemble en centraal de Plofsluis!
Technisch:
De hoofdoverspanning is uitgevoerd als een kokerligger. Hiervoor is gekozen vanwege de volgende specifieke voordelen:
• Minder vormdominantie, minder vormcontrast vergeleken met een verkeersboogbrug.
• Het laat de Plofsluis en het Amsterdam-Rijnkanaal beter uitkomen.
• Duurzaam door minder componenten, aansluitingen en verbindingen.
• Vormintegratie van hoofdoverspanning en nevenvelden (één geheel).
• Sociale veiligheid (geen elementen boven de weg).
• Betere onderhoudsscore (minder conserveeroppervlak, betere bereikbaarheid, continuïteit profilering, geen vuilophoping, inwendige koker luchtdicht afgesloten).
• Gunstig graffitiweerstand doordat staalconstructie minder toegankelijk is.
• Geen risico op aerodynamisch gedrag (hangertrillingen).
• Beperking onderdelen met een levensduur korter dan de brug door afwezigheid hangers (alleen leuningen, opleggingen en voegen).
• Lichte funderingen door kleiner windvangend oppervlak en lager zwaartepunt van de windaangrijping
• De kokerbrug is eenvoudig in een enkel deel te plaatsen én uit te nemen door grote stijfheid. Bij een boogbrug is dit niet mogelijk zonder extra voorzieningen.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Monumentale Plofsluis:
De monumentale Plofsluis mag niet worden belast of aangepast. De brug moest hier echter wel op aansluiten. Het brugontwerp is zo gemaakt dat het statisch systeem voorziet in een vasthoudpijler (tussenpijler eilandzijde), een zijdelings vaste oplegas (tussenpijler wegzijde) en twee trek-druk pendeloplegassen (Plofsluis en grondlichaam). Door een opgelegde steunpuntsverplaatsing is het steunpuntsmoment actief verhoogd, waardoor de constructie in het veldmidden zo licht mogelijk belast wordt. Dit betekent dat de eindopleggingen onder permanente belasting nagenoeg geen verticale krachten overdragen op de Plofsluis.
Voetgangsercomfort:
Slanke langzaam verkeersbruggen hebben veelal een ongunstig comfortgedrag als gevolg van brugbewegingen door groepen passanten waarmee dit comfort gedrag bepalend is voor de stijfheid en/of demping. Voor lange bruggen wordt in veel gevallen gekozen voor aanvullende uitwendige demping door Tuned Mass Dampers.
Vanuit onderhoud is hier gekozen om geen uitwendige demping toe te passen. Bij grotere overspanningen neemt de ratio tussen bruggewicht en exciterende massa toe. Voor kokerbruggen met overspanningen groter dan 80 m zijn de tweede of hogere harmonische bewegingsmodes bepalend voor de frequentiesynchronisatie met passanten. Geavanceerde dynamische berekeningen, waarbij de passanten op de brug individueel gemodelleerd zijn, geven aan dat voor deze situatie geen overschrijding optreedt van de versnellingsniveaus van de comfort criteria. Dit onderzoek is gekalibreerd met metingen aan een statisch bepaalde kokerbrug bij de Harmsenbrug, Europoort.
Concluderend is gesteld dat zowel op basis van berekeningen als metingen bij vergelijkbare bruggen er geen uitwendige demping hoeft te worden toegepast om aan de comforteisen te voldoen. Hiermee is zowel een extreem slanke als onderhoudsarme brug gerealiseerd met een open beeld op het landschap.
Total Cost of Ownership:
De volgende ontwerpkeuzes hebben bijgedragen om de Total Costs of Ownership te minimaliseren:
• Type brug: een kokerliggerbrug heeft kostentechnisch grote voordelen (vergeleken met een boogbrug).
• Complexiteit ontwerp: eenvoudige constructie, geen hangers of tuien, kleiner windoppervlak en risico op aerodynamisch gedrag.
• Gebruik van hoge sterkte staal S460: slankere constructie brugkoker, lagere materiaalbehoefte en kleiner conserveringsoppervlak.
• Complexiteit hoofddraagconstructie geringer: lagere fabricagekosten door alleen een rijdekconstructie toe te passen, geen boogelement of pyloon, geen complexe tui- of hangeraansluitingen.
• Transport en montage eenvoudiger: als één totale brugconstructie over water aan te voeren en te plaatsen, geen assemblageterrein nodig, geen las- en conserveringswerkzaamheden op de bouwplaats.
• Onderhoudsinspanningen en -kosten minder: kleiner conserveringsoppervlak (kleinere corrosiebelasting), betere bereikbaarheid, gladde en gesloten afwerking, minder kans op graffiti, weinig vervangingsonderdelen.
• Duplex conserveringssysteem met een lange levensduur (laag onderhoud): een metallische deklaag met een polysiloxaan toplaag geeft een maximale corrosiebescherming met de beste esthetische duurzaamheid.
Bijzondere aspecten uitvoering
Fabricage:
De kokerligger is opgebouwd uit meerdere deelkokers die aan elkaar zijn gefit en gelast. De vele deelkokers maakten het noodzakelijk om veel en gelijktijdige in besloten ruimtes te werken. Een slim idee was om camera’s op te hangen in de constructie om zo alle medewerkers in de gaten te houden om hun veiligheid te borgen. Hierdoor had één brandwacht het totale overzicht en was er ook maar één brandwacht nodig (in plaats van meerdere).
Transport en installatie:
Door de brug als kokerligger te ontwerpen kon het transport en installatie eenvoudiger worden uitgevoerd. De totale brugconstructie is als één geheel geprefabriceerd in Schiedam, over water aangevoerd naar de bouwplaats en met behulp van drie bokken geïnstalleerd. Dit had grote voordelen:
• Geen assemblageterrein benodigd.
• Geen las- en conserveringswerkzaamheden op de bouwplaats (minimale hinder omgeving).
• Minimale hinder voor de scheepvaart op het drukbevaren Amsterdam-Rijnkanaal.
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Gebruiksvriendelijk en sociaal veilig:
De gehele route is duurzaam veilig ingericht in profiel en qua verlichting en (over)zicht. De route biedt overzicht op de af te leggen weg en geeft tegelijkertijd een comfortabele, sociaal veilige oversteek met op momenten geborgenheid en altijd veel zicht op de omgeving. De functionele verlichting is eveneens de sierverlichting doordat deze zijn geïntegreerd in de bovenregel van het leuningwerk. Door de verlichting relatief lag bij het dek te plaatsen vindt minder verstrooiing van licht buiten de brug plaats. Hinder voor de scheepvaart wordt zo voorkomen. Door ook de onderzijde van de brug niet aan te lichten, wordt de habitat en jachtgebied van de vleermuizen boven en rond het water nauwelijks verstoord.
Duurzaamheid
Een kokerbrug heeft, in tegenstelling tot bruggen met bovendekse constructies, minder componenten, aansluitingen en verbindingen. De brug scoort hierdoor erg gunstig op duurzaamheid en onderhoudsintensiteit en geeft minder problemen met degradatie en instandhouding. Er is veel minder te conserveren oppervlak. Er zijn geen constructieonderdelen op grote hoogte waardoor alle onderdelen beter bereikbaar zijn. Door het ontbreken van obstakels boven het wegdek is er geen vuilophoping. De kokerconstructie is inwendig luchtdicht afgesloten, waardoor deze vrij van conservering en onderhoud is. Met de hoofdconstructie onder het dek heeft de brug een gunstige graffitiweerstand doordat de hoofddraagconstructie nagenoeg niet bereikbaar is.
Het plaatsen van een relatief lage en gesloten constructie onder het dek heeft als bijkomend voordeel dat er geen risico op moeilijk te voorspellen aerodynamisch gedrag is. Dynamische problemen van lichte bruggen met een bovendekse constructie zoals bij een boog- of tuibrug (hangertrillingen) treden bij de kokerbrug niet op, wat het comfort verhoogt. Door de afwezigheid van onderdelen zoals hangers hebben alleen leuningwerken, opleggingen en voegen nog levensduur korter dan de brug. In de detaillering zijn deze eenvoudig vervangbaar gemaakt. Door een kleiner windvangend oppervlak en een lager zwaartepunt van de windaangrijping zijn lichtere funderingen mogelijk. Dit is gunstig in relatie tot de trekverankering damwanden en het aanvaarrisico. Gevoeligheden in deze complexe omgeving zijn hiermee geminimaliseerd als beheersmaatregel voor een zeer goede levensduurbestendigheid.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
De brug is uitgevoerd als een volledig gesloten kokerliggerbrug. De kokerligger is extreem slank (1:53) ontworpen met een maximale hoogte van 2,7 m in het midden, reducerend tot 1,25 m ter plaatse van de aanlanding. De constructiehoogte van de koker is geminimaliseerd door toepassing van hoge sterkte staal S460 in combinatie met een actief verhoogd steunpuntsmoment bij de overgang naar de nevenvelden. Door het gebruik van S460 ontstaat er een slankere brugkoker met een lagere materiaalbehoefte en kleiner conserveringsoppervlak.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
Door toepassingen van hoge sterkte staal S460 is het benodigd materiaal voor de kokerligger geminimaliseerd (vergeleken met S355). Naast minder materiaal, levert dit ook een lager energieverbruik op tijdens de bouw door de lagere lasvolumes. Verder is de brugkoker is gesloten uitgevoerd en heeft daardoor een veel kleiner conserveringsoppervlak.
De verlichting is geïntegreerd in de leuningregels en bestaat uit ledarmaturen. Deze ledverlichting levert een zeer laag energieverbruik op tijdens gebruik (en is ook het enige energieverbruik).
In het ontwerp zijn de onderhoudsinspanningen voor de brug geminimaliseerd, wat ook een lager energieverbruik tijdens onderhoud oplevert. De kokerbrug heeft, in tegenstelling tot bruggen met bovendekse constructies, minder componenten, aansluitingen en verbindingen. De brug scoort hierdoor erg gunstig op duurzaamheid en onderhoudsintensiteit en geeft minder problemen met degradatie en instandhouding.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
De kokerbrug is op de yard bij HSM in Schiedam gefabriceerd en in één enkel deel getransporteerd naar de bouwplaats en geïnstalleerd in één stremming van 12 uur. Bij een boogbrug is dit bijvoorbeeld niet mogelijk zonder extra voorzieningen. De kokerbrug is te plaatsen zonder veel budget kwijt te zijn aan tijdelijke constructies (plafondbedrag contract). Het budget is besteed aan de definitieve brug en haar omgeving en niet aan zware constructies in de grond (eveneens minder impact op de ecologische footprint van de brug) en tijdelijke constructies ten behoeve van transport en plaatsing. Een duurzame keuze.
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
In het brugontwerp is sprake van een innovatie. Het brugontwerp is zo gemaakt dat het statisch systeem voorziet in een vasthoudpijler (tussenpijler eilandzijde), een zijdelings vaste oplegas (tussenpijler wegzijde) en twee trek-druk pendeloplegassen (Plofsluis en grondlichaam). Door een opgelegde steunpuntsverplaatsing is het steunpuntsmoment actief verhoogd, waardoor de constructie in het veldmidden zo licht mogelijk belast wordt. Dit betekent dat de eindopleggingen onder permanente belasting nagenoeg geen verticale krachten overdragen. Dit concept vloeide voort uit de contracteis dat de monumentale Plofsluis niet mag worden belast of aangepast. De brug moest hier echter wel op aansluiten. Dat is gelukt.
