Algemene projectomschrijving
De Nelson Mandelabrug in Alkmaar is een zogenaamde ‘tafelbrug’ waarbij het beweegbare middengedeelte verticaal omhoog beweegt, zodat ook schepen met een doorvaarthoogte van 4,90 m de brug kunnen passeren. Dit beweegbare deel, het val van de brug, is 22,5 m lang en 14 m breed. Het val is gemaakt van vezelversterkte kunststof (composiet) met stalen eindharren. Daarmee is het de grootste beweegbare composietbrug ter wereld voor gemotoriseerd verkeer.
De Nelson Mandelabrug verbindt het bedrijventerrein de Beverkoog met de N242 (Westerweg) in Heerhugowaard. Het ontwerp van de brug is dan ook geïnspireerd op de industriële omgeving van de Beverkoog. Het felrode bewegingsmechanisme van de brug is uniek in zijn soort, omdat de brug is uitgebalanceerd met balansarmen en contragewichten. De slanke holle pijlers zijn om de aandrijving heen ontworpen. De pijlervorm is expressief en dynamisch en illustreert dat het hier om een beweegbare brug gaat.
Transparantie en helderheid zijn sleutelwoorden bij de vormgeving van de brug. Zo is het uitgangspunt geweest om de pijlers zo rank mogelijk te maken en om overige elementen onder de brug tot een minimum te beperken om ‘verrommeling’ onder de brug te voorkomen. Zo zijn bijvoorbeeld de techniekruimtes voor de E- en W-installaties op een natuurlijke en goed bereikbare plek in de landhoofden verborgen.
Het brugdek is een strakke en ononderbroken lijn over het water. De pijlers verdelen de wereld onder de brug in drie delen van gelijke afstand. Dit zorgt voor een helder ritme, symmetrie en visuele rust. Boven op de brug worden alle verkeerregelinstallaties en verkeerverlichting zoveel mogelijk samengebracht op één punt in de as van de pijlers. De randelementen en brugleuning hebben een lichte kleur en zijn zo vormgegeven dat de brug slank en rank oogt.
Beschrijving staalconstructie en/of gebruik van staal
Tafelbruggen zijn meestal niet-uitgebalanceerd, of zijn uitgevoerd met een ondergronds contragewicht. Door het lichte materiaal van het VVK-val zijn de contragewichten van de Nelson Mandelabrug kleiner gedimensioneerd dan gebruikelijk waardoor ze bovengronds via een balansarm onder de brug geplaatst konden worden. Verder is ervoor gekozen om het stalen contragewicht - dat normaliter verborgen zit in een kelder - zichtbaar te maken en samen met de pijlers de bijzondere uitstraling van de brug te laten bepalen. Dit hybride tafelbrugprincipe heeft ervoor gezorgd dat de gewenste transparante en heldere vormgeving, zoals gewenst door de architect, mogelijk zou zijn.
De contragewichten sluiten qua vormgeving aan bij de dynamisch ogende pijlers en hebben een eigenzinnige spoiler-achtige vormgeving. De contragewichten zijn gemaakt uit staalplaten die in hun bijzondere vorm gerold zijn. Eventuele oneffenheden en lasnaden zijn met scheepsbouwtechniek weggewerkt om het oppervlak zo egaal mogelijk te krijgen. Om het juiste contragewicht te bereiken zijn deze gevuld met beton en regelballast uit staal.
Ook de balansarm van het contragewicht en de vier tafelpoten, die zich bevinden aan de vaarzijde van de pijlers, zijn zichtbaar vanaf de oever als de brug openstaat. Alleen de tafelpoten hebben een gele kleur gekregen terwijl de rest van het zichtbare staalwerk een vurige rode kleur heeft. Deze poten zijn vervaardigd uit naadloze buis. Twee van de vier poten zijn intern voorzien van een tweede buis met een kunststof geleiding die de brug tijdens beweging en in geopende toestand in langs en dwarsrichting vasthouden. De andere twee poten hebben voornamelijk een visuele functie en worden gebruikt voor het onzichtbaar doorvoeren van noodzakelijke bekabeling.
De eindharren van het val, die voor samenbouw met het VVK-val machinaal zijn voorbewerkt, zijn ook uit staal gemaakt zodat hier de hoge belastingen van de pendelstangen, de oplegpunten en de tafelpoten adequaat ingeleid kunnen worden naar het VVK-val. Op de stalen balansarmen van het contragewicht is de aandrijving van de brug gekoppeld waardoor de aandrijving volledig in de brugpijler verwerkt kon worden.
Bijzondere aspecten bouwkundig concept / ontwerp
Het doel van het ontwerp van de brug is om zicht en beleving op waterniveau te waarborgen. Dit is de ontwerpers gelukt door kritisch te kijken naar de noodzaak van de gebruikelijke kelders met contragewichten in het water onder de brug die, vanwege hun massa en geslotenheid, al snel het zicht op het landschap en het water zouden verstoren. De ontwerpers hebben de beleving van het landschap gewaarborgd door:
- De brug drie gelijke velden te geven waardoor de dikte van het dek (constructiehoogte) gelijk is over de volledige lengte van de brug. Het water wordt dus ruim overspannen.
- De E- en W-installaties zoveel mogelijk te verplaatsen naar een van de landhoofden waardoor de benodigde ruimte voor de aandrijving wordt gehalveerd.
- De basculekelders nog kleiner te maken door het naar buiten halen van de contragewichten. Dit zou beteken dat de brug, wat betreft het bewegingsmechanisme, een hybride typologie zou worden, met andere woorden een combinatie van bewegingswerk van een gebalanceerde tafelbrug en een hameibrug (Bij een tafelbrug wordt het wegdek omhoog geduwd, wat ook het geval is bij de Nelson Mandelabrug. Echter, de contragewichten van de Nelson Mandelabrug zijn uitgevoerd als vier balanspriemen van een hameibrug die tegen de hoekpunten van het val duwen in plaats van te trekken, zoals bij een hameibrug.)
- Vezelversterkte kunststof toe te passen als bouwmateriaal. Dit halveert het gewicht van het val en de contragewichten en het betekent een lichtere fundering, kleinere hefboomarmen en dus ook een minder zware bewegingsmechanisme. Door het staalwerk zeer compact te houden en volledig aan het zicht te onttrekken, zijn de basculekelders omgevormd tot compacte holle pijlers.
Bijzondere constructieve slimmigheden / detailleringen
Bij het ontwerp is vanaf het begin rekening gehouden met de gebruiksveiligheid voor onderhoudspersoneel en gebruikers. Hiervoor zijn afgewogen keuzes gemaakt op het snijvlak van functionaliteit, architectuur en veiligheid. Belangrijk aandachtspunt bij de uitwerking was de bereikbaarheid van de beweegbare stalen onderdelen. Zowel kans van optreden als mogelijk effect van een ongewenste gebeurtenis is tot een aanvaardbaar niveau teruggebracht en in de vormgeving ingepast.
De holle ruimtes in de pijlers zijn afgestemd op de ruimte die nodig is om een relatief klein bewegingswerk in te passen. Dit is gerealiseerd door een optimale uitbalancering en de beperkte invloed van de windbelasting op een tafelbrug.
Door het koppelen van het bewegingswerk van twee hoekpunten op een oever zijn de twee holle ruimtes in de pijlers nog beter benut. In één pijler wordt de hoofdaandrijving geplaatst, terwijl de ander pijler de noodaandrijving bevat. Tegelijkertijd wordt hiermee de kritische gelijkloop per oever mechanisch gewaarborgd.
Door de eindharren van het val in staal uit te voeren, konden heel wat raakvlakproblemen eenvoudig opgelost worden. De stalen harren kunnen immers perfect de hoge puntbelastingen van de opleggingen en pendelstangen opnemen met minimale vervorming. Verder zijn door het machinaal voorbewerken van deze eindharren alle fabricage-afwijkingen gecorrigeerd en konden de werktuigbouwkundige onderdelen naadloos op het val aansluiten.
Bijzondere aspecten uitvoering
Bijzondere functionele aspecten van het bouwwerk
Na officiële ingebruikname van de brug, was al snel de meerwaarde merkbaar: de filevorming bij het nabijgelegen bedrijventerrein Beverkoog was verdwenen en de leegloop van panden drastisch verminderd. De Nelson Mandelabrug versterkt dus de toekomstbestendigheid van bedrijventerrein Beverkoog.
De brug verbindt het bedrijventerrein Beverkoog met de N242 en vormt daardoor een tweede ontsluiting die de bereikbaarheid van het bedrijventerrein sterk verbeterd. Voor de realisatie van de brug was er maar één ontsluiting waar per dag meer dan vijfduizend autobewegingen doorheen moesten. Hierdoor was er regelmatig filevorming op het terrein en ook regelmatig verkeersonveilige situaties. Automobilisten die uit het noorden kwamen (Heerhugowaard) moesten zo’n 11 km omrijden.
De brug zorgt dus voor een verbetering van het milieu en lost de filevorming op. Bovendien was het bedrijventerrein met slechts één ontsluiting zeer slecht bereikbaar bij calamiteiten. Door de Nelson Mandelabrug stroomt het verkeer door; dit scheelt ondernemers en werknemers aanzienlijk tijd en kilometers.
Daar de brug maar anderhalf meter omhoog gaat zijn de wachttijden bij opening zeer beperkt. De brug gaat ook sneller open en dicht dan een vergelijkbare brug met een zwaardere stalen val.
Duurzaamheid
Bij het ontwerp van de brug is steeds getracht om het materiaalverbruik te minimaliseren waarbij de duurzaamheid van de materialen en de belasting op het milieu steeds in beschouwing werden genomen. Alle stalen en werktuigbouwkundige onderdelen zijn vervaardigd conform NEN 1090 en voldoen aan de extra eisen van de ROK. Waar mogelijk zijn de werktuigbouwkundige onderdelen zo onderhoudsarm mogelijk uitgevoerd.
Het VVK-val van de Nelson Mandelabrug is voorzien van stalen eindharren voor een perfecte aansluiting van de aandrijving, geleiding, opleggingen en contragewichten op de brug. Hierdoor wordt materiaal zeer functioneel toegepast. Het eindresultaat is een brug die met een totaalgewicht van 100 ton maar liefst de helft weegt van een traditionele brug van deze omvang. De vier contragewichten van 19,5 ton zijn ook maar half zo zwaar. Door het zeer beperkte volume van 4m³ per contragewicht en door het toepassen van het VVK is het gebruik van meer dan 100 ton lood als ballast vermeden.
Door het unieke architectonische ontwerp van deze uitgebalanceerde tafelbrug, wordt het materiaal- en energieverbruik beperkt. De tafelbrug heeft namelijk geen brugkelder nodig en door integratie van de aandrijving en de contragewichten in de brugpijlers, wordt het ruimtebeslag beperkt en is het geheel perfect in de omgeving geïntegreerd. De windbelasting op een tafelbrug is veel lager dan op een klassieke klapbrug. Samen met het gebruik van onderhoudsarme mechanische componenten met een hoog rendement resulteert dit in een compacte aandrijving die de brug met een beperkt vermogen van 2 x 5.5 kW kan bedienen. Door het nagenoeg onderhoudsvrije VVK-val en het toepassen van onderhoudsarme mechanische componenten met hoge levensduur, zijn de life-cycle-kosten van het geheel verder geoptimaliseerd.
De Nelson Mandelabrug is in ontwerp en materiaalgebruik een brug die volledig aan de eisen en wensen voor de brug van de toekomst voldoet.
Materiaalgebruik (efficiëntie)
Door het consequent optimaliseren van het materiaalverbruik over alle disciplines heen, is slechts minder dan de helft aan materialen gebruikt dan bij een klassieke beweegbare brug van deze omvang.
Energiegebruik en verbruik tijdens bouw en gebruik
Door het halveren van het materiaalverbruik is het energieverbruik tijdens de bouw drastisch gereduceerd. De doorgedreven optimalisaties hebben verder ook het energieverbruik tijdens opening en sluiting van de brug minimaal kunnen houden. De hoofdaandrijving is beperkt tot twee motoren van elk 5,5 kW.
Mate van overlast (bouwwerkzaamheden) voor mens en dier
Innovaties op product-, concept- en bouwniveau
Door de voordelen van VVK te combineren met de voordelen van staal is een licht val gerealiseerd. Door de techniek van een tafelbrug met de techniek van een hameibrug te combineren tot een hybride typologie, is het ontwerp nog verder geoptimaliseerd. Dit optimale concept is vervolgens verder uitgewerkt in een architectonisch ontwerp waarbij de funderingen zo slank en functioneel mogelijk zijn geïntegreerd in het geheel. Op deze manier is tot een esthetisch compact en functioneel geheel gekomen.
Dit alles resulteert in een verbluffend esthetisch eindresultaat. De Nelson Mandelabrug is een prachtige brug die met nieuwe en bestaande technologieën een grote meerwaarde biedt aan voor de omgeving. Dit alles met een minimaal verbruik van materiaal.
