Experimentele destructie van de eerste Belgische voetgangersbrug in voorgespannen beton

Het oorspronkelijke kunstwerk was bijzonder omdat het de allereerste voorgespannen betonnen “brug” of “voetgan­gersbrug” van dit type was dat in België werd gebouwd en in dienst genomen, om precies te zijn in oktober 1944.

Vooraleer het af te breken werd beslist het bouwwerk te onderwerpen aan een onderzoeks- en belastingspro­gramma met het doel de wetenschappelijke kennis over de duurzaamheid en het gedrag in de tijd van de eerste generatie voorspanbetonconstructies te vergroten. Het betreft meer bepaald het voorspanningssysteem “Blaton- Magnel”, dat tot het begin van de jaren zestig in België op grote schaal werd gebruikt. De recente dramatische instorting van de brug bij Genua bewijst hoe belangrijk wetenschappelijk onderzoek is voor de beoordeling van het reële resterend draagvermogen van voorgespannen beton­constructies die meer dan 40 jaar geleden zijn gebouwd.

De beginperiode van voorgespannen beton

De eerste toepassingen van voorgespannen beton dateren uit de jaren dertig van de vorige eeuw, maar tot 1945 bleven zij vrij experimenteel en uitzonderlijk. Pas in 1939, aan de vooravond van de Tweede Wereldoorlog, ontwierp de Franse ingenieur Eugène Freyssinet de allereerste brug in voorgespannen beton met post-tensioning (zie pagina 11) (Luzancy, aan de Marne).

Voorgespannen beton biedt tal van voordelen ten opzichte van gewapend beton, waaronder een aanzienlijke winst in het gebruik van zowel staal als beton (en dus ook cement), materialen die tijdens de oorlog beperkt voorradig waren, en waarop men ook tijdens de “Wederopbouwperiode” zoveel mogelijk wenste te besparen.

Al in 1941 begon het Brusselse bouwbedrijf Blaton-Au­bert op initiatief van en in samenwerking met de Gentse hoogleraar Gustave Magnel de mogelijkheden te verkennen om de techniek van voorspanning door post-tensioning in België te introduceren. In de jaren 1942-1944 ontwikkelden zij een specifiek Belgische techniek van voorspanning door middel van nagerekt staal, die onder de naam “Sandwich” of “Blaton-Magnel bekend” zou worden.

Beschrijving en staat van het bouwwerk

Het uit te voeren project bestond uit twee hoofdliggers met een overspanning van 20,94 m in voorgespannen beton met daarop een brugdek in gewapend beton. De hoogte van de liggers in het midden van de overspanning is 1,5 m, wat niet gerechtvaardigd is in termen van draag­vermogen of stijfheid voor een dergelijke overspanning, maar wel omwille van hun rol als brugleuning. Elke ligger is voorgespannen door post-tensioning met behulp van twee kabels, die beide zijn opgebouwd uit 40 staaldraden met een diameter van 5 mm. De ene kabel volgt een rechte lijn, de andere loopt volgens een hangende parabolische kromme. De twee kabels komen in het centrale deel samen en vormen één enkele kabel van 80 draden. De draden van de liggers werden eind oktober 1944 aangespannen. Zij zitten vervat in rechthoekige plaatstalen kokers van 0,6 mm dik. Deze behuizing is na het aanspannen van de draden geïnjecteerd met een sterk alkalische cement­gebonden gietmortel (“grout”) om de wapening te beschermen tegen corrosie.

Een visueel onderzoek van de brug had aangetoond dat die in zeer goede staat was en dat er geen betonschade of zichtbare corrosie van de wapening was. De vervanging van de brug, die reeds een paar jaar eerder was gepland, hield dan ook geen verband met verouderingsproblemen, maar veeleer met de noden van de scheepvaart en het gebruiksgemak voor voetgangers en fietsers.

De tests

Omdat het testen en vernielen van de loopbrug niet boven het kanaal kon gebeuren, werd deze ‘s nachts getrans­porteerd naar een testlocatie en op daartoe gemaakte steunzolen geplaatst. Eerst werd ze zorgvuldig schoonge­maakt met een hogedrukreiniger.

Men stelde vast dat beide liggers alleen al door het eigengewicht van de brug, in het midden en tot op een tamelijk grote hoogte een scheur vertoonden. De scheur­wijdte bedroeg in dit stadium 0,8 mm. Hieruit blijkt dat het dimensioneringsprincipe duidelijk niet het verhoopte resultaat heeft opgeleverd en scheurvorming niet heeft kunnen vermijden. Dit verbaast ons niet, want uit talrijke studies blijkt inmiddels dat de dimensioneringsconcepten voor voorgespannen beton, alhoewel ze lange tijd en wellicht tot de jaren tachtig werden gebruikt, de “verliezen” in de voorspanning door krimp en kruip van het beton en relaxatie van de voorspanwapening sterk onderschatten.

Deze “rekenfout” vormt over het algemeen geen probleem voor het draagvermogen, maar zij kan het gedrag van civiel­technische constructies tijdens het gebruik beïnvloeden, en in ernstige gevallen vervanging onvermijdelijk maken.

Voor de belasting van de voetgangersbrug in oktober 2018 werd gebruikgemaakt van zakken grind van anderhalve ton. Hun aantal werd geleidelijk opgevoerd tot 54 zakken, t.t.z. vijf keer de nuttige last. In het midden van de over­spanning werd de doorbuiging gemeten en het ontstaan van scheuren genoteerd, alsook de scheurwijdte. Zonder in detail in te gaan op de resultaten, kunnen we stellen dat het gedrag van deze pioniersconstructie in voorge­spannen beton na 74 jaar dienst wel degelijk bevredigend is gebleken en in overeenstemming met de huidige eisen inzake draagvermogen en gedrag tijdens gebruik.

Ook de uiteindelijke destructie van de voetgangersbrug was zeer leerzaam: de voorspanwapeningen, waarvan vaak wordt gevreesd dat ze onderhevig zijn aan corrosie, waren in perfecte staat en hadden niets van hun mechanische prestaties verloren.

Conclusies

Tegenwoordig wordt de staat van betoninfrastructuur vaak bekritiseerd. Soms is dit terecht gezien de lage initiële kwaliteit van de constructie of het gebrek aan onderhoud. Soms leiden het voorzorgsbeginsel of politieke keuzes tot de afbraak van bouwwerken die in principe nog lang niet het einde van hun levensduur hebben bereikt. Een grondig onderzoek van de voetgangersbrug aan de Gosseliesstraat heeft aangetoond dat een zeer oude voorgespannen betonnen constructie – waar was er een oudere structuur van dit type te vinden? – nog altijd zeer performant kan zijn. Het verlengen van de levensduur van oude betonnen constructies levert zodoende vanuit het oogpunt van koolstofvoetafdruk een positieve bijdrage aan duurzaam bouwen.

Meer weten over dit project? Lees meer in het magazine Blik op beton (n32) van FEBELCEM.