Brug Hoekersingel
- Rotterdam - Nederland
De eerste Ultra-brug is in oktober 2012 met succes voltooid in Rotterdam. Het architectonische en structurele ontwerp is innovatief vanwege de doorsnede, vorm en kleur. Het architectonisch ontwerp van de brug is gemaakt door Chris Bosse, onder meer bekend van zijn werk aan de “Watercube” in Peking. De originaliteit en innovatie hebben geleid tot prestigieuze prijzen zoals de “Betonprijs 2013” en de FiB “Special Mention Award for Outstanding Concrete Structures”.
De fiets- en voetgangersbrug heeft een totale lengte van 19 meter en een breedte van 3,4 meter. De brug is ontworpen voor een variabele belasting van 5 kN/m² en een voertuigbelasting van 120 kN. De dikte van het dek is 60 millimeter. De leuningen zijn ongewapend en hebben een maximale dikte van 125 millimeter. De leuningen dragen bij aan het draagvermogen van de brug. De gehele brug is geconstrueerd met slechts 9 m³ UHPC C170/200. Dankzij de mallen kunnen bruggen tot 25 meter lang en 5 meter breed eenvoudig en tegen lage kosten worden gebouwd. Standaardisatie voor kostenbesparing is hierbij de sleutel.
Projectbeschrijving
De Ultra Bridge is een fiets- en voetgangersbrug in Rotterdam, met een totale lengte van 19 meter en een breedte van 3,4 meter. De brug is ontworpen voor zowel voetgangers als licht voertuigverkeer en biedt een veilige en elegante verbinding voor de bewoners van de stad. De slanke, sculpturale vorm weerspiegelt de samensmelting van functionaliteit en esthetiek. De brug is volledig opgetrokken uit ultrahogesterktebeton (UHSB) C170/195, waardoor een uitzonderlijke sterkte en duurzaamheid wordt bereikt met een minimale materiaalvoetafdruk. Een belangrijk kenmerk van het ontwerp is de productiemethode, waarbij gebruik wordt gemaakt van twee kleine mallen om bruggen tot 30 meter lengte te vervaardigen. Deze kunnen bovendien demontabel worden gemaakt voor hergebruik in andere Ultrabridges met verschillende lengtes en breedtes.
Uitdagingen van het project
Een van de belangrijkste uitdagingen was het realiseren van een sterke, slanke constructie met een zeer beperkt materiaalvolume — slechts 9 m³ UHPC. De unieke dwarsdoorsnede van de brug en het dunne dek van slechts 60 millimeter dik vereisten nauwkeurige engineering en innovatieve maltechnieken. Daarnaast werden de ongewapende leuningen ontworpen als onderdeel van het structurele systeem, wat bijdraagt aan het draagvermogen terwijl het strakke, vloeiende ontwerp van de brug behouden blijft. De productie van de architectonische leuningen met een mal vergde aan het begin van het project de nodige experimenten.
Duurzaamheid
Duurzaamheid stond gedurende het hele project centraal. Het minimale gebruik van beton vermindert de CO2-voetafdruk aanzienlijk, terwijl de duurzaamheid van UHPC een lange levensduur met minimaal onderhoud garandeert. De gestandaardiseerde mallen maken een efficiënte productie mogelijk van bruggen tot 25 meter lang en 5 meter breed, wat kosteneffectieve replicatie ondersteunt en materiaalverspilling tegengaat.
Innovatie & Technologie
De Ultrabridge laat zien hoe geavanceerde materialen en digitaal ontwerp traditionele bouwmethoden kunnen transformeren. Het gebruik van UHPC maakt ultradunne elementen met uitzonderlijke sterkte en veerkracht mogelijk. De parametrische ontwerpbenadering van het project optimaliseerde vorm en prestaties, terwijl modulaire productietechnieken het mogelijk maakten om de brug snel en economisch te vervaardigen. Deze synergie van ontwerp en technologie leverde het project de Betonprijs en de FiB Special Mention Award op.
Structureel systeem
De Ultrabridges zijn gebaseerd op een modulair bouwsysteem, zodat bruggen tot 100 m lengte economisch gebouwd kunnen worden met twee standaardelementen: (1) het leuningelement en (2) het plaatelement. Alle elementen zijn gemaakt van ultrahogesterktebeton (UHPC) en worden samen voorgespannen tot een brug.
Het leuningelement van de brug heeft zowel een esthetische als, belangrijker nog, een dragende functie. Het belang van de leuningen voor de totale draagkracht van de brug wordt bepaald door het architectonisch ontwerp en het patroon van de leuningstijlen. Afhankelijk van het ontwerp kan de leuning extra worden gewapend en voorgespannen.
De voetgangersbruggen zijn ontworpen voor een variabele belasting van 5 kN/m² over het gehele brugdek en een belasting door onderhoudsvoertuigen van 120 kN. Naast de staal- of PP-vezels wordt er wapening Ø10-200 mm toegepast in de dekplaat. Wat betreft de afmetingen van het dek is een grote slankheid bereikt. De toegepaste dekdikte is gewoonlijk 40-60 mm (1/60 L), uitgaande van het CRC-principe (Compact Reinforced Composite). Dit principe werd in 1986 ontwikkeld door Hans Henrik Bache (Aalborg Portland, Denemarken).
Het dek is in dwarsrichting gewelfd voor de afwatering. De afvoer van regenwater wordt gewaarborgd door een opening tussen de zij-elementen en de dekplaat. De onderzijde van het brugdek is recht.
De dikte van de leuningstijlen kan variëren, maar in het algemeen is de maximale dikte niet meer dan 120 mm. De dikte kan aanzienlijk worden beperkt, omdat de dekking op het wapeningsstaal slechts 10-15 mm bedraagt. Leuningen zonder traditionele wapening leken gunstiger voor de productiesnelheid. Echter, in combinatie met een grotere dwarsdoorsnede kunnen het storten en trillen gecompliceerder worden. Het uiteindelijke ontwerp moet rekening houden met zowel het constructieve gedrag als het productieproces.
Materiaal
Alle Ultrabridges zijn gemaakt van ultrahogesterkte-vezelbeton (UHPFRC). Dit materiaal heeft verschillende specifieke eigenschappen die de bruggen uniek maken. Het voordeel van dit beton is de extreem hoge druksterkte van meer dan 150 MPa, wat vele malen hoger is dan bij standaardbeton. De treksterkte en de buigtreksterkte zijn afhankelijk van het gekozen betonmengsel. Tijdens het storten van de elementen worden er gewoonlijk normatieve betonkubussen apart gegoten (voor elk element) voor testdoeleinden.
Om een zo hoog mogelijke druksterkte te bereiken, moet de water-cementfactor relatief laag zijn (w/c=0,16). De lage w/c-factor beïnvloedt de verwerkbaarheid (consistentie en initiële hydratatie). Beton met een lage w/c-factor gedraagt zich als een dicht thixotroop materiaal.
De extreem lage porositeit en de daarmee samenhangende lage permeabiliteit en chloridediffusie maken een minimale dekking op de wapening van ongeveer 10 mm mogelijk. Deze eigenschap stelt ons in staat om zeer slanke betonelementen te ontwerpen.
Het voorafgaande onderzoek leidde tot specifieke wijzigingen in het mengselontwerp met betrekking tot consistentie, de aanwezigheid van vezels en de maximale korreldiameter. Het constructiemateriaal van de eerste gebouwde Ultrabridge in Rotterdam was staalvezelversterkt beton (UHPFRC) met sterkteklasse C170/200. Deze sterkte werd bereikt door de dichte microstructuur van het bindmiddel. Voor deze brug van 19 m lang en 3,4 m breed werd minder dan 9 m³ beton gebruikt.
Het ontwikkelde mengsel voor deze brug was samengesteld uit:
Gecalcineerd bauxiet in fracties van 0-6 mm;
Portlandcement 52.5;
Microsilica;
Additieven en hulpstoffen;
200 kg staalvezels/m³ (diameter 0,4 mm en 12,5 mm lang);
Water-cementfactor (w/c) 0,16 – 0,17.
De eigenschappen en het gedrag van beton kunnen eventueel worden aangepast met additieven en hulpstoffen. Naast de structurele eigenschappen kan ook de kleur worden aangepast. Er zijn veel opties voor gekleurd beton, wat de brug vanuit esthetisch oogpunt kan opwaarderen.
Voorspanning
De Ultrabridges worden normaal gesproken over de gehele lengte in één keer voorgespannen (nagespannen) door twee paar rechte of gebogen strengen die door de leuningelementen lopen. Terwijl het bovenste paar strengen alleen voor stabilisatie wordt toegepast, hebben de primaire onderste strengen de structurele functie om de brug te dragen. Voordat de leuningen worden voorgespannen en tegen elkaar worden gedrukt, moeten de zijkanten worden opgeruwd met een speciale bikmachine. Een vlak en ruw contactoppervlak wordt gewaarborgd door hameren vóór het voorspannen. Vlak voor het spannen wordt een twee-componenten epoxylijm tussen de leuningen aangebracht. De uithardingstijd van de lijm is twee uur. Eerst wordt de onderste voorspankabel gespannen op 10% van de voorspankracht om de lijm (epoxy) te laten uitharden.
De rechte beweging van de leuningen moet worden gewaarborgd door strakke geleidingsprofielen die bij elke gelijmde verbinding zijn geïnstalleerd. Om de geleiding te vergemakkelijken, worden er meestal TEFLON-platen onder de elementen geplaatst. Na het volledig spannen van de onderste streng wordt de bovenste streng in de leuning direct tot 100% voorgespannen. Na volledige voorspanning worden de kanalen geïnjecteerd. Vervolgens werden de dekplaatelementen op de leuningelementen geplaatst. De sparingen met de boutverbinding tussen leuning en platen worden gevuld met beton. De hele brug kan in één dag worden gemonteerd. Na een week is de mortel in de voorspankanalen en sparingen over het algemeen hard genoeg om naar de bouwplaats te worden getransporteerd.
De bijdrage van FDN
FDN Group speelde een sleutelrol bij het vertalen van de architectonische visie naar de technische realiteit. Door structurele expertise te combineren met materiaalinnovatie ontwikkelde FDN een efficiënt bouwproces en waarborgde het dat de brug voldoet aan de hoogste veiligheids- en prestatienormen. De toewijding van het bedrijf aan innovatie, duurzaamheid en kostenefficiëntie komt volledig tot uiting in dit baanbrekende project.
FDN leverde de brug turn-key op aan de opdrachtgever, de gemeente Rotterdam.
Partners
Het project kwam tot stand door een nauwe samenwerking tussen architect Chris Bosse, het engineeringteam van FDN Group en een netwerk van technische partners gespecialiseerd in UHPC-productie en geavanceerde fabricagemethoden. Samen creëerden zij een brug die symbool staat voor de toekomst van infrastructuur: lichtgewicht, duurzaam, demontabel en visueel opvallend.
Opdrachtgever: Gemeente Rotterdam