Hier klikken voor de PDF van het artikel:     CanadaCombined(1)

OMSLAGARTIKEL

 

HIJSLASTEN VAN 8200 TON + WERKEN BIJ -50 °C + BRUG­PIJLERS BESTAND TEGEN 4000 TON IJSDRUK + PROJECT VERGT 400 000 M³ BETON + BRUG IS HISTORISCH GRONDRECHT

 

Bal­last Nedam exporteert kennis van Deltawerken

 

Canadees kleinkind van de Zeelandbrug

 

Nederlandse waterbouwers helpen de inwoners van een Canadese deelstaat na 123 jaar aan een grondwette­lijk recht. In 1873 sloot Prince Edward Island zich aan bij de Canadese confederatie in ruil voor het recht op een vaste oeververbinding. Sindsdien strandden talloze plannen voor bruggen en tunnels op onoverko­melijke technische complexiteit en financiële onhaalbaarheid. Voor de brug over de Northumberland Strait die in 1997 gereed komt, heeft Ballast Nedam de bewezen technologie van de Zeelandbrug (1965) en de Westbrug over de Storebaelt in Denemarken opgeschaald.

– Erwin van den Brink –

 

De auteur is redacteur van De Ingenieur.

 

 

De bruggenbouwerij heeft zo haar eigen logica: de verliezer is de winnaar. Ballast Nedam zat aanvankelijk in het consortium dat de op­dracht misliep voor de bouw van de brug over de Northumberland Strait, die Prince Edward Island moet gaan verbinden met het vasteland van Canada: New Brunswick en Nova Scotia. Omdat het winnende consortium echter niet over de volledige uitrus­ting en de kennis bleek te beschikken om onder de vijandige klimaatcondi­ties een brug in zee te bouwen, besloot het Bal­last Nedam voor deelname te benaderen.

Niet dat het bedrijf van meet af aan heeft gespeculeerd op de eigen onmisbaarheid, bezweert be­stuursvoorzitter Rein Schermer, maar met het groot­ste hefschip ter Wereld, de Svanen (Deens voor ‘zwaan’) heeft Ballast Nedam bij derge­lijke projecten natuurlijk wel een troef in handen. Na het afhaken van het Amerikaanse aannemingsbe­drijf Morrison-Knudsen wegens bijna-faillis­sement bestaat het con­sortium nu uit het Canadese Strait Crossing Inc. (15 %), het Franse GTM (49 %), dat eveneens meebouwde aan de Enge­land-Walesbrug, en de Nederlanders met een aandeel van 36 %.

In elk geval hoopt Ballast Nedam nu in Canada op vervolgopdrach­ten. De premier van de deelstaat PEI (zoals de Canadezen Prince Edward Island afkorten), Catherine Callbeck, houdt zich op de vlakte als we haar vragen of op termijn ook de tweede veerdienst naar het vasteland wellicht wordt vervangen door een permanente oeververbinding. ‘Maar dat in Canada de komende jaren meer bruggen zullen worden gebouwd, is zeer waarschijnlijk’, aldus Callbeck.

De minister van Economie en Toerisme van PEI, Robert Morrisey, ziet bovendien voor de enorme bouwplaats aan een haven (60 ha, inclu­sief beton­mortel­fa­briek met een capaciteit van 150…210 m³/h) waar brugdelen worden geprefa­briceerd een grote toekom­stige rol wegge­legd in de reconstructie van de Trans-Canada Highway, een van de grootste infrastructurele projecten in Canada de komende jaren. Daarbij is dan vervoer over zee nodig en dat betekent haast vanzelfsprekend Nederlandse inbreng.

Met behulp van de Svanen bouwde Ballast Nedam mee aan de Westbrug over de Store­baelt in Denemarken, die ir. Theo Mostert (voor het Nederlandse bedrijf p­ro­jectleider voor de kwali­teitszorg in het consortium Strait Crossing) be­schouwt als het techno­logische kind van de Zee­landbrug. De Strait Crossing is een brug van de derde genera­tie, een ‘klein­kind van de Zeeland­brug’.

 

400 000 m³ beton

Kleinkin­deren steken doorgaans met kop en schouders boven hun ouders en grootouders uit. Zo ook hier. De gewichten die moesten worden gehesen bij de bouw van de Zeelandbrug waren 600 ton. Bij de bouw van de King Fahd Causeway van Saoedi Arabië naar het eiland Bahrein werd tot 1400 ton gehe­sen. Bij de bouw van de Westbrug in Denemarken werd tot 7000 ton getorst en in Canada is dat 8200 ton. De Westbrug heeft overspanningen van 110 m, de brug over de Northumberland Strait heeft bogen van 250 m.

De pijlervoeten hebben een diameter van 22 m en variëren in hoogte van 20 m tot 42 m (maximaal 5500 ton). Daar boven­op komt een pijler­schacht die in hoogte eveneens varieert van 20 m tot 42 m (maximaal 5000 ton). Daar weer bovenop komt de ligger van 15 m hoog en 190 m lang, die in de breedte ruimte biedt aan een tweebaans­weg (8200 ton). Het gat tussen twee op pijlers geplaatste lig­gers wordt opgevuld met een inhanglig­ger (1300 ton). Voor de bouw van de 12,7 km lange brug is 400 000 m³ beton nodig. Er zijn zes produktielij­nen: drie voor pijlervoeten, en één voor pijlerschachten, voor hoofdliggers en voor inhangliggers.

Elke hoofd- of pijlerligger bestaat uit achttien delen. Het gedeelte dat op de pijler komt te staan wordt als eerste gestort en heet hamerstuk. Zodra dat gereed, is wordt dit werkstuk verschoven naar een volgend werkstation.

Na baggerwerkzaamheden en het zeer nauwkeurig plaatsen van drie oplegpunten op de zeebodem (die worden ingebed in onderwa­terbeton) kan de pijlervoet worden geplaatst. Daar overheen wordt de pijlerschacht geschoven. Op de schacht wordt eerst een betonnen plaat op hoogte afgesteld en ondergrout. Deze plaat is een contramodel van de onderkant van het hamerstuk van de hoofdligger. Die wordt met epoxyhars aan de schacht gelijmd en is tevens gekoppeld met voorspankabels.

Mostert: ‘Wij hebben als geen ander de technologische kennis en erva­ring, opgedaan bij de bouw van de Deltawerken (het bouwen in zee-engten met hun stromingsverschijnselen, EvdB) als export­artikel opgepak­t en daarna steeds verder ontwikkeld.’

 

Priksleetjes

Behalve de Svanen is dus ook al het andere op de bouwplaats vol­strekt megalomaan. Of zoals Mostert zegt: ‘We bouwen hier elke maand vier Domtorens.’ Behalve die Domto­rens – brugpijlers tot zo’n 100 m hoog – tref je op de bouw­plaats ook het vernuft aan dat zo typerend is voor de Neder­landse civiel­e techniek. Twee bijzondere voertuigen (zie Kader) worden door de jongens van de gestamp­te pot ter plaatse lief­kozend ‘onze priksleetjes’ genoemd, maar officieel hebben de twee voertuigen die de gepre­fabriceerde brugdelen vervoeren naar de laadkade van de Svanen, namen van dieren. Ze heten Lobster (Kreeft) en Turtle (­Schildpad).

Hoewel het beeld op de bouwplaats wordt bepaald door mannen met vuile handen, was het tijdens de rondleiding die Ballast Nedam voor de Nederlandse pers verzorgde een vrouw die met behulp van radiografische besturing de slede bediende; de kop boven dit verhaal had dus ook kunnen luiden: ‘Vrouw tilt 8000 ton op.’

En inderdaad is techniek soms bijna poëzie. Marsman parafraserend zie ik ‘denkend aan Prince Edward Island oneindig krui-ijs traag door de Northumberland Strait schuiven’ – elke winter vier maanden lang, van half december tot half april. Weliswaar is dat niet het geval tij­dens ons bezoek, maar ‘half december wordt het water hier opeens dik en dan moet je maken dat je wegkomt’, aldus Mostert. Tijdens de wintermaanden ligt de Svanen dan ook vier maanden stil aan de wal. Door isoleren­de kisten te plaatsen om de bouw­werken en de mortel aan te maken met heet water wordt be­vriezing voorko­men zolang de reactie­temperatuur nog onvoldoen­de is om de vorst buiten het har­dende beton te hou­den (de reactietemperatuur loopt op tot 60 °C tot 70 °C). Zo kan het bouwen van brugde­len aan de wal ’s winters zo veel mogelijk door­gaan. Buiten heerst door­gaans een chill factor (gevoels­tempe­ratuur) van -40 °C tot -50 °C.

 

IJsbrekers

Op een videofilm laat Mostert zien hoe het kruiende ijs afgelo­pen winter een van de reeds geplaatste pijlers bewerkt. Het is werken aan de grenzen van de betontechniek. Waar de 3…4 m dikke ijsvloer in aanvaring komt met de pijler, heeft deze – ter hoogte van de waterlijn – een conische vorm, waardoor hij als een ijsbreker werkt. De maximaal toelaatbare belasting is opgeschroefd tot 80 kg/cm². De pijlers zijn berekend op een druk van 3000…4000 ton. Om de afvoer van het ijs – met het oog op de hervatting van de visserij in het voorjaar – zo min mogelijk te belemmeren, moest de brug zo weinig mogelijk pijlers hebben. De overspanningen hebben dan ook voor een betonnen brug een recordlengte van 250 m. Daarvoor is de hoeveelheid cement in het betonmor­tel zo veel mogelijk opgevoerd tot de grens waarbij de capil­laire structuur in het beton nog intact blijft. Die structuur van met elkaar in verbinding staande microscopisch kleine holten is essentieel omdat op die manier in het uitgeharde beton achtergebleven water bij bevriezing kan uitzetten. Kan dat niet, dan zou het beton van binnen stuk springen.

Voor de bouw was echter niet alleen tech­nisch vernuft nodig maar ook financiële vindingrijkheid. Of zoals dat tegenwoordig heet: financial engineering.

 

Private financiering

De financieringsconstructie heet Design-Finance-Build-Operate and Transfer, kortom BOT, omdat de laatste drie termen het meest typerend zijn. Het consortium financiert de bouw door uitgifte van real rate bonds, inflatievaste obligaties met vaste rente (4,75 %), uitgezet bij pensioenfondsen en andere institutionele beleg­gers. De opbrengst van de uitgifte is gestort in een bouwfonds: 740 miljoen Canadese dollar (888 miljoen gulden; een Canadese dollar is f 1,20­). Het aflossen van de obligaties doet het consor­tium uit de inkomsten van de exploi­tatie (Operate) van de brug geduren­de 35 jaar. Die inkomsten komen enerzijds uit de tol die de exploi­tant mag heffen (gesc­hatte inkomsten ongeveer 30 miljoen Canadese dollar per jaar) en anderzijds uit een overheidsbijdrage die gelijk is aan het bedrag waarmee de overheid nu de veerdienst subsi­dieert, 42 miljoen Canadese dollar per jaar (prijspeil 1992). Na 35 jaar draagt het consortium de brug om niet over aan de overheid (Trans­fer). Het ontwerp van de brug is geba­seerd op een le­vensduur van minimaal 100 jaar. De Canadese overheid vermijdt hiermee een vervangingsinvestering voor nieuwe veerboten, die was begroot op 300 miljoen Canadese dollar.

Onzekere factoren tijdens de bouw zijn het barre klimaat en de lokale arbeidsproduktiviteit. Beide vallen tegen, waardoor de brug niet kan worden gebouwd voor de 740 miljoen dollar die was voorzien, maar waarschijnlijk tegen de miljard dollar gaat kosten. Volgens Schermer wordt de hele onderneming zeker geen ‘killing’. Weliswaar is de geprognosticeerde toename van het autoverkeer als de brug er eenmaal ligt formeel een onzekere factor, maar iedereen weet dat historisch gezien autoverkeer overal ter Wereld altijd sneller is toegenomen dan voorspellers zeiden. In 1995 bezochten 780 000 toeristen (het meren­deel Amerikanen die per auto komen) het eiland, 25 % meer dan in 1991. De komende twee jaar verwacht KPMG een groei van nog eens 25 %. De brug waarvan de bouwvoorbereiding startte in 1993, wordt volgend jaar opgeleverd.

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

(CREDIT BIJ OPENINGSBEELD, COMBINATIE VAN FOTO 1 + KAARTJES 2 EN 3)

(Foto’s: Ballast Nedam, Amstelveen)

 

(BIJ FOTO 4)

De bouwplaats op het eiland met de brugdelen in verschillende stadia van wording.

 

(BIJ TEKENING 5)

Dwarsdoorsnede met een aantal afmetingen van de Northumberland Strait Bridge.

 

(QUOTE BIJ PORTRETFOTO 6)

‘We bouwen elke maand vier Domtorens’, ir. Theo Mostert

 

(BIJ FOTO 7 en 8)

Ter hoogte van de waterlijn hebben de pijlers een conische vorm, zodat ze dienst doen als ijsbreker; de pijlers zijn berekend op een druk van 3000…4000 ton.

 

 

 

 

 

(KADER)

Lobster en Turtle

 

De voertuigen Lobster en Turtle maken gebruik van de lage wrijvings­coëfficiënt (gemiddeld 0,02, variërend van 0,01…0,03) van teflon op roestvast­staal. De twee machines wegen elk 240 ton, wat licht is in vergelijking met de maximale belading van 8200 ton.

De machines lopen op twee banden ongeveer zoals dat ook gaat bij bandschuurma­chines. In tegenstelling tot rupsvoer­tuigen maken zij niet gebruik van wielen om over de binnenkant van de band te rij­den, maar schuift de machine met een stalen slee over de binnen­kant die bekleed is met 1 mm dik teflon. De band zelf is niet gescha­keld, maar bestaat uit één geheel; hij is van 3 mm dik roest­vaststaal. De buitenkant, het loopvlak, is be­kleed met 2 cm dik rub­ber.

De twee sledes aan weers­zijden hebben elk een glijvlak van 4 mm dik roestvaststaal. De slede zelf is een tordeerba­re stalen balk die vanwege de afvoer van wrij­vingshitte over de lengte­richting is ingefreesd met zes sleu­ven. Op die balk staan aan elke zijde negen hydrauli­sche stempels die de machine, als die onder het te vervoeren brug­deel is gekomen, zo ver omhoog brengen dat het brugdeel loskomt van zijn steunpunten.

Waar zich bij een gevechtstank de geschutskoepel bevindt, zit op de machine van Huisman-Itrec een laadtafel op teflon die in het horizontale vlak in alle richtingen kan bewegen. De overspan­ningen worden name­lijk niet statio­nair gebouwd, maar op een assemblagelijn waar­bij op elk volgend station vanuit een standaardbekisting een volgend segment aan de overspanning wordt gebouwd. Dat scheelt een enorm heen en weer gesleep met bekistingen. Het positione­ren van het gerede deel van de overspanning bij aankomst op een nieuw station ten opzichte van de bekisting is millimeterwerk en daarom moet de laadtafel in het horizontale vlak in alle richtingen kunnen bewegen.

‘Het laden op een tafel van slechts enkele vierkante meter van een last van 8200 ton geeft een enorme puntbelasting’, legt directeur ir. Joop Roodenburg van Huisman-Itrec uit. Welis­waar bestaat de machine uit een torsiedoos van vuistdik Zweeds plaatstaal (STE 690), maar die zou onder de last toch in het midden gaan knikken aangezien de beton­nen looprail slechts een ondiepe fundering heeft en dus bij het passeren van het transport ter plaatse van de puntbelasting een paar centimeter wordt inge­drukt. In plaats van te probe­ren een torsie­doos te maken die vol­doende stijf is om de puntlast gelijkma­tig te distribu­eren en een looprail die voldoende rigide is om die krachten ge­lijkma­tig op te nemen, koos Huisman-Itrec ervoor om de 18 stempels afzonderlijk bestuurbaar te maken. Roodenburg: ‘De stempels in het midden – ter hoogte van de laadtafel – staan bij belasting enkele centimeter verder uit dan die aan de voor- en achter­zijde van de machine om zo te com­penseren voor het anders doorknikken van de torsiedoos.’ Waar de machine met last zich bevindt, wordt dus de betonnen looprail en de zandstenen ondergrond ter hoogte van de laadtafel/puntlast een paar centimeter inge­drukt. Dit is elastici­teit; als het transport is gepas­seerd, veert de ondergrond weer terug. Dank zij deze ‘derde weg’-oplossing konden de torsie­doos en de betonnen looprail betrek­kelijk licht (en dus goedkoop) worden uitgevoerd.

Blijft de vraag waarom niet voor wielen is gekozen. Roodenburg: ‘De sterk­ste wielen kunnen een asdruk hebben van onge­veer 10 ton. Omdat er meer voertuigconstructie nodig is, blijft een nettolaadver­mogen over van ongeveer 7,5 ton per wiel. Omgere­kend zouden voor een brugdeel zo’n duizend wielen nodig zijn. Het voertuig zou daarmee onhanteerbaar groot zijn gewor­den.’

De Fransen in het consortium opteerden aanvankelijk voor (Amerikaanse) crawlertechnologie, de zeer zware rupsvoertui­gen waarmee bijvoorbeeld de Spaceshuttle naar zijn lanceer­plaats wordt gebracht. Crawlers zijn iets sneller, maar kunnen geen korte haakse bochten maken. Dat zou hebben betekend dat de verschillende produktiestra­ten (voor pijlervoeten, jackets en overspannin­gen) allemaal hadden moeten samenkomen bij de laadkade van de Svanen zoals spaken in een wiel samenkomen bij de naaf. Dat zou enorm veel loze ruimte hebben betekend op het bouwterrein.

De Lobster en Turtle hebben (recht onder de laadtafel) een gigan­tische hydraulische cilinder. De zuiger in deze cilinder drukt de machine inclusief een last van maximaal 2000 ton op en kan dan draaien in zijn cilinder. Daarmee is de draai­cirkel gelijk aan de diagonaal van het platform van de machine, iets meer dan 12 m! Bij lasten van meer dan 2000 ton wordt de last op het kruispunt eerst op pijlers geplaatst, waarna de machine onbelast 90 graden om zijn staande as draait alvorens de last weer op te pakken en zijn weg te vervolgen.

Vanwege de afwezigheid van wielen is het vraagstuk van de voortbeweging opgelost door toepassing van hydraulische uitschuifbare ‘prik­stokken’ waarmee het voertuig zich als een priksleetje vooruit steekt. De rails zijn daartoe aan de binnen­zijde voorzien van beton­nen tanden, afgeknotte dwarsliggers waartegen de vier prikstok­ken zich afzetten. De twee voorste stokken en de twee ach­terste stokken prikken de slede beurte­lings vooruit in een vloeiende beweging, waardoor een constante snelheid wordt bereikt. De hydrau­lische pompen worden aangedre­ven door een motor (Caterpillar) van ‘slechts’ 250 pk.

De machines die Huisman leverde voor het transport op de bouwplaats van de Westbrug over de Storebaelt in Denemarken haal­den slechts 15 m/h. Zij gleden over uitgelegde teflon matten. Door toepassing van de eindeloze band is die snelheid nu 180 m/h. Rijden doen de machines alleen als zij leeg teruggaan, op wieltjes aan de uiteinden die worden neergelaten. De snelheid is dan 5 km/h.

Nu is het moge­lijk parallelle assemblagelijnen te maken die allemaal lood­recht uitkomen op een hoofdstraat die naar de laadkade leidt. Zowel in de produktielogistiek (een lijn met stations) als in de lay-out van het bouwterrein (haakse bochten zonder boogstraal) speelt de transport­technologie van Huisman-Itrec dus een essentiële rol. Daarmee zijn de Nederlanders niet alleen in het natte gedeel­te van de bouw de tech­nologi­sche leider, maar ook in het droge gedeelte.

 

 

(BIJSCHRIFTEN)

 

(LEGENDA BIJ TEKENING 9)

1. motor
2. cilinder onder laadtafel
3. lasttafel
4. stuurhuis
5. wieltjes
6. betonnen looprail bekleed met staalplaat
7. ‘prikstok’ = hydraulische cilinder
8. tanden
9. hydraulische stempels (aan elke kant 9)
10. slede = stalen balk

 

 

(BIJ FOTO 10)

Een van de machines tijdens het laden op een ponton voor vervoer naar Canada. Hier is aan de onderzijde de band te zien waarop het voertuig loopt.

(Foto’s: Huisman-Itrec, Rotterdam)

 

(BIJ FOTO 11)

De machine wordt onder een hoofdligger gebracht om deze een bouwstation verder te brengen. Rechts op de foto is de bekisting te zien waarin een nieuw segment tegen de ligger-in-wording is aangestort. In het beton is de afscheiding van de verschillende segmenten te zien.