EPS-constructies A9BaHo Amstelveen

Wegenbouw 17-04
EPS-constructies A9BaHo Amstelveen

De verbreding van de A9 heeft invloed op het bestaande kunstwerk van de Schipholbrug (over de Ringvaart Haarlemmermeerpolder) qua grondvervormingen en belastingen. Bij de te renoveren en dus her te gebruiken kunstwerken is getoetst in hoeverre het weglichaam kan worden opgehoogd in de nabijheid van de bestaande landhoofden.

EPS-constructies A9BaHo Amstelveen

Uitgangspunt is dat deze belastingen tot een minimum moeten worden beperkt. Daarom is besloten om de verbredingen rond dit kunstwerk (en een aantal andere kunstwerken op het A9BaHo-project) op te bouwen in met EPS (Expanded PolyStyreen).

EPS-constructies A9BaHo Amstelveen

De verbreding van de A9 tussen de knooppunten Badhoevedorp en Holendrecht is onderdeel van de weguitbreiding Schiphol-Amsterdam-Almere (SAA). Om de bereikbaarheid van de noordelijke Randstad te verbeteren, breidt Rijkswaterstaat het wegennet tussen Schiphol, Amsterdam en Almere uit. Een goede bereikbaarheid van deze regio is belangrijk voor de economische ontwikkeling en de werkgelegenheid in het gebied. De A9 wordt tussen de knooppunten Badhoevedorp en Holendrecht uitgebreid van drie naar vier rijstroken per rijrichting en er komt een wisselstrook. Op deze manier wordt de doorstroming op de A9 verbeterd.  

EPS-constructies A9BaHo Amstelveen

Bij Amstelveen wordt de A9 over 1,6 kilometer verdiept aangelegd. De leefbaarheid op het traject wordt onder andere verbeterd ten opzichte van de huidige situatie door het aanleggen van 14 kilometer aan geluidsschermen. Sommige van de bestaande kunstwerken worden gerenoveerd, andere worden vervangen. Niet alleen de uitvoering maakt deel uit van het project A9BaHo, ook het onderhoud na oplevering is inbegrepen.  

VeenIX, de uitvoerder van dit project, werkt nauw samen met zowel de opdrachtgever, Rijkswaterstaat, als met andere stakeholders zoals de gemeenten Haarlemmermeer, Amstelveen, Ouder-Amstel en Amsterdam (Amsterdamse Bos), de waterschappen en de Provincie Noord-Holland gedurende het ontwerp en realisatie van het project.

Het geotechnisch ontwerp voor de EPS-constructies inclusief raakvlakken is uitgewerkt door Fugro in samenwerking met Kwast Consult, partner van Joosten Concepts. Joosten Concepts verzorgde het 2D- en 3D-legplan en leverde de complete EPS-constructie, bestaande uit EPS-blokken, kramplaten en beschermende folie, geotextiel en betonmat. Bonneveld Gewapende Grondconstructies, eveneens partner van Joosten Concepts, verzorgde de aanleg van de complete EPS-constructie.

Bodemopbouw

De bodemopbouw rond de Schipholbrug wordt gekenmerkt door een samendrukbaar pakket met een dikte van circa 10 m. Behalve het Hollandveen en de Basisveen-laag zijn kleilagen en wadzand-lagen (overheersend klei danwel zand) aanwezig. De grondwaterstand bevindt zich op circa 1 à 2 m onder het maaiveld. Op enige afstand van de Ringvaart kan sprake zijn van een hogere grondwaterstand.

Ontwerp EPS-constructie A9

De A9 wordt aangepast van 2 x 3-rijstroken naar 2 x 4-rijstroken. De landhoofden van de brug worden hiervoor verbreed. Om het bestaande landhoofd en paalfundering niet extra te belasten door grondbelasting, wordt achter de uitbreiding van het landhoofd, in lengterichting van de weg, aangevuld met lichtgewicht EPS. Ook de bestaande aardebaan onder een talud van 1:2 wordt verbreed met een EPS-constructie, in dwarsrichting van de weg. Aansluitend aan de EPS-constructie in lengterichting is een traditionele voorbelasting met zand en verticale drainage toegepast voor de verbreding van de A9. De dikte van de EPS-constructie varieert in lengte- en dwarsrichting van 0 tot maximaal 6 m. Hiermee wordt een zettingsarme overgangs-constructie ontworpen in lengte- en dwarsrichting.

Boven het EPS is de dikte van de wegconstructie van de rijbaan gemiddeld 1,05 m en bestaat uit 0,25 m asfalt, 0,3 m hydraulisch menggranulaat en 0,5 m menggranulaat. In het menggranulaat worden twee lagen Tensar TriAx-geogrid opgenomen ter verhoging van de dynamische stijfheid van de wegconstructie. De bovenzijde en zijkanten van het EPS worden afgedekt met een oliebestendig LDPE-folie. Tussen de onderzijde menggranulaat en folie wordt een beschermend TenCate Polyveld P50-geotextiel aangebracht.

Ontwerpberekeningen

Om te voldoen aan de eisen uit de normen en ontwerprichtlijnen (en aantoonbaar te maken dat voldaan wordt) aan het Programma van Eisen, zijn diverse ontwerpberekeningen verricht. Voor de bouw- en gebruiksfase wordt betrouwbaarheidsklasse RC1 aangehouden, met aslasten van maximaal 115 kN (regulier 11,5 ton het wettelijk maximum voor wegverkeer) en een calamiteitenbelasting van 200 kN (incidenteel 20 ton), conform CROW 325 ‘Lichte ophoogmaterialen in de wegenbouw’ (2013).

Voor de keuze van toe te passen EPS-type zijn volgens de vigerende ontwerprichtlijn CROW 325 de materiaalspanningen gecontroleerd voor de rijbaan en voor de overgangsconstructie (stootplaten).

Zettingen

De zettingen van de EPS-constructie zijn berekend met het zettingsprogramma D-Settlement, model NEN-Bjerrum. De berekende restzetting inclusief autonome zetting en kruipvervorming van het EPS bedraagt maximaal 0,09 m en voldoet aan de gestelde restzettingseis na 30 jaar (≤ 0,10 m). De kruipvervormingen van het EPS zijn bepaald op basis van het onderzoek in het EPS White Book (2014).

Ook de verschilzetting in dwarsrichting voldoet aan de eis (≤ 1 procent). De berekende rotatie van de stootplaten is enigszins groter dan 1 procent van de stootplaatlengte, waardoor na 10 tot 15 jaar uitvlakken asfalt is voorzien met de reguliere vervanging van de deklaag.

Ontwerp verticale EPS-wand

Aan de noordoostzijde is, vanwege ruimtegebrek, een volledig talud met afbouw van de EPS-constructie niet haalbaar en wordt een verticale EPS-wand met schanskorfbekleding gerealiseerd. Achter de verticale EPS-wand is een talud onder 1:2 aanwezig en een gronddekking van 1 m. De totale kerende hoogte bedraagt circa 6 m. Om de stabiliteit van de grondbekleding op het EPS (microstabiliteit) te waarborgen, wordt een gewapende grondconstructie toegepast met een inkassing in de EPS-constructie. Gezien de hogere belastingen onder de gewapende grond en fundering van de schanskorf is een hogere-EPS kwaliteit (EPS 200) benodigd. Voor de brandwerendheid van de verticale EPS-wand wordt achter de schanskorf een Concrete Canvas-betonmat van Joosten Kunststoffen aangebracht.

Plaxis-model

Voor het ontwerp van de verticale EPS-wand inclusief gewapende grondconstructie en schanskorfbekleding is gebruik gemaakt van het eindige elementen programma Plaxis 2D. De constructie is ingedeeld als kerende constructie in betrouwbaarheidsklasse RC2. De aangehouden wrijvingsfactor tussen de horizontale lagen van EPS-blokken (interface) bedraagt 0,5. Met het integrale Plaxis-model is de macrostabiliteit van de constructie in UGT gecontroleerd en zijn de optredende vervormingen voor de verschillende bouwfasen beoordeeld.     

Raakvlakken EPS

De raakvlakken van het EPS met diverse objecten vormden ook voor dit project weer een uitdaging. In diverse ontwerpsessies met de verschillende disciplines zijn deze raakvlakken stapsgewijs opgelost. Voor de Schipholbrug zijn de belangrijkste raakvlakken: inpassing en verankering permanente damwanden, inpassing tijdelijke damwanden, funderingsblokken van lichtmasten (fundering op staal) boven het EPS, EPS rondom paalfundering landhoofden, EPS rondom paalfundering verkeersportalen, inpassing riolering en kolken boven het EPS.

Het ontwerp is vertaald naar een EPS-legplan per laag (2D) en in een 3D EPS-model. In het 3D BIM-model is met clash detectie vastgesteld of de EPS-blokken, met name ter plaatse van de lastige 3D-situatie, goed inpasbaar zijn en zijn de clashes in verschillende iteratieslagen opgelost. Hiermee is een robuust en uitvoerbaar ontwerp uitgewerkt.

Van ontwerp naar uitvoering

Het EPS-legplan per laag (2D) met referentiepunten vormt de basis voor de uitvoering. Ter bescherming van de EPS-constructie wordt deze afgedekt met een LDPE-folie van 0,5 mm dikte. De EPS-blokken met een dikte van 0,20, 0,25 of 0,50 m worden kruislings gelegd, zodat de voegen van de twee lagen niet boven elkaar liggen. Om onderling verschuiven van de losse blokken te voorkomen, zijn kunststof kramplaten toegepast. Voor het aanbrengen en verdichten van de funderingslaag op het EPS is licht materieel ingezet om overbelasting van het EPS te voorkomen. Bij het schrijven van dit artikel (februari 2023) worden achter en tussen de palen van de verbrede landhoofden van de Schipholbrug de EPS-ophogingen gerealiseerd.

Erik Kwast is senior geotechnisch adviseur bij Kwast Consult/Joosten Concepts en Henk van der Velden is ontwerpleider infra/senior consultant geotechniek bij Fugro/Veenix.

Dit artikel is afkomstig uit Land+Water 4-2023.