«

»

feb
25

Shawnessy Lightrail station Calgary in vvUHSB

In het kader van ‘laten zien wat de mogelijkheden zijn van UHSB’ weer een project waarin vvUHSB al is toegepast. Deze keer gaat het over een Lightrail station in Canada compleet uitgevoerd in UHSB met PVA-vezels, zonder traditionele wapening.
 
  • Naam:  Shawnessy LRT station
  • Stad:  Calgary
  • Land:  Canada
  • Jaar:  2004
  • Bouwsom: € 2.500.000,-
  • Passagiers: 1,4 miljoen per jaar
  • Opdrachtgever:  The City of Calgary
  • Architect:  Stantec Architecture Ltd. Calgary
  • Engineering:  Strudes Inc. Montreal
  • Hoofdaannemer: Walter Construction Corp. Calgary

 

Door de explosieve groei van steden in Noord-Amerika en de daardoor toenemende populariteit van het openbaar vervoer worden er in het continent steeds meer Light Rail verbindingen aangelegd. Momenteel staan er bijna 100 stations gepland. Bij het ontwerp van deze stations worden architecten en ingenieurs geconfronteerd met tal van overwegingen op het gebied van kosten, sterkte, duurzaamheid, veiligheid en de daarbij komende ontwerpbeperkingen.

Prefab oplossingen van beton hebben een groot voordeel bij het herhalend uitvoeren van een ontwerp; kleinere constructieve toleranties, snellere montage, directe afwerking, minder onderhoud, en hierdoor lagere kosten.

Om tot een niet te zware constructie te komen en een open uitstraling te behalen werd gekozen voor het innovatieve vezel versterkte ultra hoge sterkte beton (vvUHSB).  

Het Shawnessy LRT Station

Het Shawnessy LRT Station

Ontwerp

Het ontwerp bestaat uit twee perrons van 3 meter breed en 105 meter lang die aan de buitenzijde van het dubbele spoor liggen. De perrons zijn voorzien van een 76 meter lange overkapping die bestaat uit losse ‘parasol’ componenten van 6 bij 5,1 meter. Ieder component is opgebouwd uit losse prefab betononderdelen met metalen verbindingsstukken.

Het gehele station bestaat uit prefab onderdelen die vervaardigd zijn in vvUHSB, hoge sterkte beton en conventioneel beton. De prefab luifels hebben een dikte van slechts 20mm.

Prefab luifel in vvUHSB

Prefab luifel in vvUHSB

vvUHSB

Het toegepaste vvUHSB heeft een druksterkte van 150 N/mm2, een buigtreksterkte van 18 N/mm2 en een elasticiteitmodulus van 45 GPa. Het materiaal is niet versterkt met staalvezels maar met PVA-vezels (Polyvinyl alcohol). De vezels hebben een diameter van slechts 39 μm, een lengte van 12 mm en een E-modulus van 25,8 MPa. Echter neemt de elasticiteit na het instorten in het beton toe tot 900 MPa! De vezel is uitstekend oplosbaar in water en daardoor goed verwerkbaar.

Het mengsel werd in drie componenten aangeleverd bij de prefab fabrikant; Poeders werden gemixt door de leverancier in Kansas en in Big-Bags geleverd, Chryso in Frankrijk leverde de superplastificeerders en Kuraray America Inc. uit Japan de organische vezels.

Proeven

Omdat er voorheen nog nooit gewerkt was met vvUHSB en er dus geen praktijkervaring was op dit gebied wilde de opdrachtgever eerst een test uitvoeren. Een schaal 1 op 1 prototype luifel werd gemaakt en op de universiteit van Calgary intensief getest op permanente-, variabele-, sneeuw- en opwaartse windbelastingen.

Het prototype vers uit zijn mal

Het prototype vers uit zijn mal

Productie

vvUHSB heeft unieke eigenschappen en is anders dan alle andere bouwmaterialen. Het vervaardigen van prefab onderdelen in vvUHSB leverde nieuwe uitdagingen en kansen voor de prefab industrie. Lafarge Canada Inc. en de prefab fabrikant kwam er al snel achter dat met het vvUHSB nieuwe productietechnieken ontwikkeld moesten worden omdat traditionele niet voldoen. Een team werd samengesteld met experts op het gebied van bekisting, uitharding en uitvoering om nieuwe benodigde technieken te ontwikkelen voor prefab productie met vvUHSB. Het team stond voor de volgende 5 grote uitdagingen:

 1.      Conventionele betonsamenstellingen en mixmethodes werken niet bij vvUHSB door de extreme precisie van de samenstelling en de grote hoeveelheid benodigde energie voor het goed mixen van het mengsel. Welke aanpassingen zijn er nodig om een succesvolle mix te maken van vvUHSB?

2.      Doordat de vezels zo’n grote invloed hebben op de sterkte van het materiaal moeten deze goed georiënteerd en verspreid worden door de mix. Welke prefab productiemethode zorgt voor een zo efficiënt mogelijke vezeloriëntatie?

3.      Doordat de verhardingskrimp twee keer zo groot is dan bij normaal beton moet hier rekening mee gehouden worden tijdens het ontwerp en de productie. Welke processen laten het materiaal volledig krimpen tijdens de bekistingsfase zodat het eindproduct in ongeschonden toestand verkeerd?

4.      Door de bijzondere vorm, en de slankheid van de luifels (20mm) is een enorme precieze bekisting nodig om tot een mooi en goed product te komen. Welke kwaliteitscontroles zijn nodig om een goed product te krijgen met zulke moeilijke vormen?

5.      Doordat het materiaal een snelle verhardingstijd heeft moest de mix binnen 20 minuten in de mal gegoten zijn. Een pomp is hiervoor haast noodzakelijk wat problemen met zich meebrengt in combinatie met de vezels. Welke methode kan het stroperige materiaal met een hoog vezelgehalte succesvol verpompen?

Om een oplossing te vinden voor deze uitdagingen heeft het team brainstormsessies gehouden en onderzocht wat er al bekend was over de verwerking van het materiaal. Voor problemen waar nog geen oplossingen voor onderzocht waren zijn zelf toepassingen bedacht en onderzocht.

Samenstelling mixen

Bij het mixen is het toepassen van een sterke mixer noodzakelijk. Door de kinetische energie tijdens het mixen ontstaat er echter ook ongewenste warmte. Om dit tot een minimum te beperken werd de temperatuur constant gemeten met een infraroodsensor en zo nodig ijs toegevoegd om de temperatuur constant te houden. Daarnaast werden de componenten (poeders, vezels, water en plastificeerders) geleidelijk en rustig, al mixend aan het mengsel toegevoegd waardoor de mixer minder weerstand had en er dus minder energie vrij kwam in de vorm van warmte.

Bekisting

Een goede bekisting is essentieel voor een goed eindresultaat. Niet alleen de vorm, maar ook de bemating moet heel precies gebeuren. Bij een dikte van 20 mm zou een afwijking van slechts 3 mm een extra materiaal benodigdheid van 20% betekenen!

De bekisting van de luifelvormen is gemaakt door een precies 3D-model te maken met een computer en deze te transporteren naar een CNC high-definition plasma snijmachine. Deze machine heeft de precieze diagram-vormige profielen uitgesneden voor het creëren van de mal.

Op de profielen worden op maat gemaakte staalplaten bevestigd. De platen worden aan elkaar bevestigd door middel van lasnaden die later bijgeschuurd worden. Door de microkorrels in het betonmengsel kunnen deze lasnaden alsnog een kleurverschil opleveren op het betonoppervlak waardoor de gehele stalen mal behandeld is met een epoxy coating voor een fijne afwerking van het beton.  

Storten

De vormgeving van de mal moest tevens zo ontworpen worden dat de verhardingskrimp voor een aanzienlijk gedeelte plaatst vond als het product zich nog in de mal bevond. Factoren die hierbij meespelen zijn de oriëntatie en het losmaken van de mal. Na onderzoek bleek dat dit het gunstigst was als de vorm haast verticaal stond waarbij de onderkant naar boven gericht stond. Na een korte tijd van verharding werd de mal 90 graden gedraaid zodat het betonproduct los komt van de ene zijde van de mal. Deze mal helft werd verwijderd zodat het product vrij kan krimpen. Vervolgens werd de helft weer bevestigd en de mal gedraaid zodat de andere helft los kan. Nadat het beton voldoende was uitgehard om zijn eigen vorm te dragen is de complete mal verwijderd.

Voor de kolommen is ook een mal ontwikkeld die ondersteboven en verticaal gestort kan worden om het beste resultaat te verkrijgen. Voor deze mal zijn dezelfde productiemethodes gebruikt als bij de luifelvorm.

Pompen

Een pomp voor conventioneel beton raakte direct verstopt door de stroperigheid en de vele vezels in het mengsel. Daarom is een pomp ontwikkeld die gebruik maakt van een luchtdrukkamer. Na vrijlating van deze luchtdruk, wordt het beton de leiding ingeduwd. De luchtdrukkamer die voorzien is van drukregelaars en veiligheidskleppen werkt met een maximale druk van 15 psi (= 1 bar).

Product omvang

Een luifel bestaat uit een links en rechts gegoten deel die na uitharding aan elkaar bevestigd worden met een bout naad. Aan de onderkant van de boog wordt een balk bevestigd die de trek opneemt. Eenmaal in elkaar gezet is de luifel stabiel alhoewel er wel voorzichtig mee omgegaan moest worden tijdens het vervoer en verplaatsen van de elementen. Speciaal ontworpen frames ondersteunde de componenten tijdens de montage.

Transport van de luifel elementen

Transport van de luifel elementen

Transport en montage

De luifels worden na montage op de eindlocatie ondersteund door 3 schoren vanuit de kolom. Voor het transport van de luifels zijn frames ontworpen waarbij de luifels op precies dezelfde plekken ondersteund worden. De frames kunnen op een truck worden bevestigd om zo de luifels veilig te verplaatsen. De montage van de prefab componenten van het LRT station begon in september 2003. De kolommen zijn twee weken voor de rest van de componenten geplaatst. De negen kolommen per perron zijn in één dag geplaatst. Vervolgens zijn ze gesteld, verankerd en afgegoten met een hoge sterkte, krimpvrije mortel.

Na het stellen van de kolommen is er tijdelijke onderstempeling geplaatst en gesteld ten hoogte van de luifels. Doordat iedere luifel ondersteund wordt door 3 schoren ontstaat er een torsiemoment in deze armen. Om dit te voorkomen zijn de luifels eerst op de hulpconstructie geplaatst en gesteld waarna er vervolgens drie aan elkaar verbonden zijn met behulp van een rij bouten. Vervolgens zijn de armen tussen de kolommen en de luifels geplaatst en bevestigd met behulp van roest vast stalen verbindingsstukken. Tussen iedere drie luifels zit een dilatatie om scheuren en vervormingen te voorkomen tijdens uitzetten en krimpen.

Plaatsen van de luifel componenten

Plaatsen van de luifel componenten

 Bronnen:  

  • Tekst: CAE Nederland B.V.
  • Informatie en afbeeldingen: Artikel - D. Zakariasen, V.H. Perry, T.S. Chow, G. Culham, E. Vicenzino, 2005, “First use of UHPFRC in thin precast concrete roof Shell for canadian LRT station”, PCI Journal Lafarge North America, CPV Group Ltd., Canada

Permanente koppeling naar dit artikel: http://www.uhsb.nl/?p=189

Geef een reactie