Een aanzienlijk deel van de circa 55.000 verkeersbruggen die in eigendom zijn van decentrale overheden in Nederland is verouderd. Door een tekort aan ontwerpgegevens is de belastbaarheid van deze bruggen veelal slecht te bepalen. Vaak moeten noodgedwongen conservatieve aannames worden gedaan voor onzekerheden over onder andere de krachtswerking in de constructie, de materiaalgegevens en de geometrie van fundatie en landhoofden. Omvangrijke nadere onderzoeken aan de constructie ter plaatse kunnen deze onzekerheden soms verkleinen. De hiermee gepaard gaande kosten en hinder voor de omgeving wegen echter niet altijd op tegen de verwachte winst in de berekening: lang niet alle onzekerheden kunnen worden weggenomen, waardoor slechts een beperkte verhoging van de rekenkundige belastbaarheid haalbaar is.
Brug Zuidelijke Rondweg in Waddinxveen.
Belastbaarheid aantonen
Beheerders hebben de plicht de belastbaarheid van bruggen aan te tonen. Maar vaak wordt een brug met een te conservatieve beschouwing ‘kapot’ gerekend en onterecht op de vervangingslijst gezet. Het gevolg hiervan is kapitaalvernietiging en onnodige CO2-uitstoot door nieuwbouw. Er is dan zeker niet ‘het uiterste uit de brug’ gehaald. Ook worden herberekening of nadere onderzoeken door een tekort aan budget regelmatig uitgesteld. Met het proefbelasten wordt op een snelle en kosteneffectieve manier de belastbaarheid van een brug bepaald en kan aan bovenstaande problemen een einde worden gemaakt. Vooral wanneer er weinig tot geen ontwerpgegevens beschikbaar zijn of deze moeilijk of zelfs niet in te winnen zijn. Ook geeft een proefbelasting, wanneer gegevens wèl beschikbaar zijn, in potentie een hogere aantoonbare belastbaarheid dan een herberekening. Wanneer er verfijnde herberekeningen zijn opgesteld en de brug voldoet (net) niet aan de gestelde sterkte eisen voor bestaande constructies, kan de proefbelasting de constructieve veiligheid van een brug alsnog aan tonen. Kortom, het is van belang dat de verborgen sterkte van verkeersbruggen wordt benut om deze aantoonbaar veilig in stand te houden en onterechte vervanging te voorkomen. Met een proefbelasting geeft een brug zijn uiterste kunnen prijs.
Principe proefbelasten
Het proefbelasten van een betonnen brug wordt specifiek gedaan om de momentcapaciteit van het brugdek te bepalen. De dwarskrachtcapaciteit van het dek wordt voorafgaand aan de proefbelasting op basis van de geometrie en het constructietype rekenkundig bepaald om te kunnen garanderen dat deze tijdens de proefbelasting niet maatgevend is. Eventueel kan beperkt aanvullend onderzoek naar de dwarskrachtwapening en/of betonsterkteklasse uitgevoerd worden. De proefbelasting is vooral geschikt voor bruggen met een overspanning tot 15 meter.
Bij de proefbelasting maakt Iv-Infra gebruik van het feit dat de brug lineair elastisch vervormingsgedrag vertoont. Door stapsgewijs een steeds grotere last in het hart van de overspanning aan te brengen, wordt er gecontroleerd een belastingeffect (moment, dwarskracht, doorbuiging) in het brugdek veroorzaakt. De positie van de last wordt zo gekozen dat dit leidt tot het grootste moment in het brugdek. Idealiter wordt dit moment net zo groot als het moment wat in het brugdek ontstaat ten gevolge van de normbelasting (rijstrook 1: 2 assen van 30 ton en een gelijkmatig verdeelde belasting van 900 kg/m2) inclusief veiligheid- en reductiefactoren (Eurocode, NEN 8700/8701).
De uitvoering van de proefbelasting is inmiddels zoveel mogelijk gestandaardiseerd. Elke brug is echter uniek, dus proefbelasten blijft een stukje maatwerk. Eerst wordt beoordeeld of de brug geschikt is om met proefbelasting de gewenste capaciteit aan te tonen, of dat er wellicht beperkende factoren aanwezig zijn. Vervolgens wordt de brug constructief geschouwd om de staat vast te leggen en minimale gegevens in te winnen. De landhoofden mogen daarbij geen aanleiding geven tot verdenking van problemen met de fundatie, en het brugdek zelf mag geen schades vertonen die duiden op overbelasting. Tijdens de proefbelasting worden de landhoofden en de fundatie goed in de gaten gehouden.
Brug Willem de Zwijgerlaand in Waddinxveen.
Resultaten
De proefbelastingen die Iv-Infra tot op heden heeft uitgevoerd leidden steevast tot hogere belastbaarheid dan vooraf werd verwacht op basis van de aard van de constructie of op basis van een rekenkundige onderbouwing. De bruggen gedragen zich stijver dan op basis van vuistregels of een rekenmodel wordt voorspeld. Alle bruggen bleven onder de grootste belastingen elastisch vervormingsgedrag vertonen. Hierbij wordt opgemerkt dat niet meer belasting is aangebracht dan benodigd om de gewenste belastbaarheid van de brug aan te tonen. Bij elke brug is aangetoond dat deze vrijgegeven konden worden voor al het verkeer, volgens de Eurocode, terwijl op basis van rekenkundige beschouwingen in een eerder stadium wèl significante lastbeperkingen noodzakelijk zouden zijn. Bij geen enkele brug zijn significante zettingen van de fundering geconstateerd.
Discussie: ‘nieuw’ belastingsmodel voor bestaande bruggen met beperkte overspanning
De hoogte van de aan te brengen proefbelasting op het brugdek wordt nu gerelateerd aan de normbelasting volgens de Eurocode en de NEN-8700 serie waarbij reducties (trend, restlevensduur en gebruik) worden toegepast. Dit verkeersbelastingsmodel is geschikt om veilig nieuwe kunstwerken voor een levensduur van 100 jaar te ontwerpen of bestaande constructies te toetsen aan een restlevensduur van bijvoorbeeld 30 jaar. De toepassing van deze normen bij bestaande bruggen met kleinere overspanningen tot circa tien meter leidt in de praktijk tot belastingsituaties die in werkelijkheid fysiek niet kùnnen optreden. Achtergrond hiervan is dat in de praktijk de belasting uit een voertuig altijd gunstiger op het brugdek komt. Denk hierbij aan een 4- of 5-asser zandwagen met 50 ton met een lengte van circa tien meter. Overbeladen landbouwvoertuigen met hoge aslasten zijn hierbij nog wel een aandachtspunt. Dit leidt tot onterecht afkeuren van bestaande bruggen. Nederland ligt vol met bruggen waarvan de belastbaarheid niet bekend is en waarvan er geen archief ontwerpgegevens meer beschikbaar zijn. Los van de methode proefbelasting of herberekening zullen vele bruggen niet voldoen aan de normbelasting. Bij bruggen tot circa tien meter zou in aanvulling op de reeds opgestelde “TNO-rapportage decentrale bruggen zonder jaarontheffing” een pragmatische omgang met de optredende belastingen wenselijk zijn. Kortom, stel een maximale belastingsituatie vast op basis van werkelijke voertuigen met een aanvaardbare overschrijdingskans. Dit om te zorgen dat Nederland alle vervangingsopgaven het hoofd kan blijven bieden de komende 10-20 jaar.
Significante besparingen realiseren in vervangingsopgave
De bruggen, waarbij proefbelastingen zijn uitgevoerd, zijn natuurlijk niet representatief voor het gehele areaal van 55.000 bruggen. Iv-Infra waagt zich dan ook zeker niet aan generieke conclusies. Echter, de resultaten waren zonder uitzondering zeer gunstig te noemen. Er is zoals verwacht overvloedige verborgen sterkte geconstateerd bij de uitgevoerde proefbelastingen. Alle bruggen, zonder uitzondering, bleken te beschikken over een enorme restcapaciteit. De grote potentie van het proefbelasten staat wel vast: naar verwachting zijn daadwerkelijk significante besparingen te realiseren in de vervangingsopgave die er ligt.