C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBerekeningcement 2003 1 37Beoordelen van bestaande kunst-werken is noodzakelijk bij:? verbreden van het kunstwerk;? wijzigen van de rijstrookinde-ling op het kunstwerk;? wijzigen (toename) van debelastingen, bijvoorbeeld doortoegenomen verkeersintensi-teit, plaatsen geluidsscherm,zwaarder asfaltpakket of ver-vangen geleiderail door vastebarrier;? wijzigen van het statischsysteem, bijvoorbeeld doorveranderen van de oplegwijze(vervangen staal door rubber)of door verkeerd functionerenvan opleggingen (vastlopenstalen opleggingen);? advisering over de toelaatbaar-heid van draagkrachtafnameals gevolg van schade door aan-rijding of door veroudering;? verlengen van de geplandelevensduur, bepalen van derestlevensduur.Met de huidige plannen voor deaanleg van vele kilometers spits-en plusstrook zal het aantal uit tebrengen adviezen over bestaandeconstructies alleen nog maar toe-nemen.Bij gewijzigd gebruik van eenkunstwerk dient dit, volgens hetBouwbesluit, als een nieuwe situ-atie te worden opgevat en moet hetkunstwerk worden berekend alszijndenieuw.Hierbijdientdanwelde voorgeschiedenis van de con-structie te worden meegenomen.De adviezen betreffende bestaan-de constructies bleken echter nietconsistent. Ook bij nieuwbouw ishet uiteindelijke resultaat vaneen advies/berekening persoons-afhankelijk;bijadviezenoveroudeconstructies bleek de spreidinghierin groter.Inzicht in de oude berekenings-wijzen is onontbeerlijk voor eengoed advies. Dit inzicht is in hetalgemeen niet meer aanwezig bijde huidige generatie construc-teurs. Tevens bleek dat, bij toe-passsing van de huidige normenen richtlijnen op bestaande con-structies,ditvaaktotafkeurenvanhetkunstwerkleidde.Desondankswas er sterk de behoefte herbere-keningen uit te kunnen voerenvolgens de huidige normen, enstandaardoplossingenbeschikbaarte hebben waarmee zoveel moge-lijk bestaande constructies in denieuwe situatie zouden voldoenaan de huidige regelgeving. Teallen tijde dient hierbij de veilig-heid voor de gebruiker te wordengegarandeerd. De hier omschre-venaanpakisontwikkeldvoortoe-passing binnen de BouwdienstRijkswaterstaat; andere beheer-ders van kunstwerken kunnen erwellicht hun voordeel mee doen.R i c h t l i j n B e o o r d e l i n gB e s t a a n d e K u n s t w e r k e nBij de Bouwdienst Rijkswaters-taatisdeRBBK-commissie(Richt-lijnBeoordelingBestaandeKunst-werken) in het leven geroepenmet als doel een richtlijn op testellen voor het stroomlijnen vande adviesaanvragen.De RBBK geeft richting aan hetherberekenen van bestaande be-tonnen bruggen en viaducten. Degegeven methode is wellicht ooktoepasbaar voor andere typenbetonconstructies.Uitgangspunt voor de richtlijn ishet herberekenen van kunstwer-kenvolgensdemomenteelgelden-de normen en richtlijnen. Hier-voor is bewust gekozen, omdat inhet algemeen de huidige con-structeur niet bekend is met deachtergronden van de oude nor-menenrichtlijnen(GBV's,RVB'sen VB's) en hij moeilijk kan be-oordelen of het kunstwerk vol-gens deze oude normen voldoetvoor de nieuwe gebruikssituatie.Door omrekening van de oudemateriaaleigenschappen naar dehuidige normgeving is bereikt dater ondubbelzinnig wordt omge-gaan met oude materialen en datherberekeningen relatief eenvou-dig uitvoerbaar zijn. Deze omre-kening omvatte drie aspecten:Beproevingsmethode kubus-druksterkte? GBV 1962: kubussen 200 x200 x 200 mm3met aan boven-en onderzijde 3 mm dik kartontussen drukpers en kubus;? VB/VBC: kubussen 150 x 150x 150 mm3zonder karton;? effect: 16% lagere druksterktebij VBC-kubus;? gem.VBC = 1,16 x (K-waardeGBV) x 0,1 in N/mm2.Gemiddelde waarde versuskarakteristieke waarde? GBV 1962: K-waarde is degemiddelde kubusdruksterkte,bepaald uit drie kubussen;? VBC: karakteristieke kubus-druksterkte bepaald op mini-maal zes kubussen;Herberekenen oude kunstwerken,gemakkelijker gezegd dan gedaan!ir. G.G.A. Dieteren, Bouwdienst Rijkswaterstaat, voorzitter werkgroep RBBKHet werkpakket van de afdelingen Bruggenbouw van de BouwdienstRijkswaterstaat en enkele ingenieursbureaus bestaat voor een steeds groter deeluit het beoordelen van bestaande kunstwerken op huidige omstandigheden. Bijgewijzigd gebruik dienen deze als nieuw kunstwerk te worden berekend, waar-toe bij Rijkswaterstaat richtlijnen zijn opgesteld. Hierin zijn onder meer de mate-raaleigenschappen volgens de GBV 1962 omgerekend naar de VBC 1995. Nainventarisatie van de beschikbare gegevens kan de herberekening worden uitge-voerd, waarbij voor de verkeersbelasting de ongunstigste belasting uit deVoorschriften Beton ? Bruggen en Eurocode 1 moet worden aangehouden. Tenslotte komen ervaringen met uitgevoerde herberekeningen aan de orde.C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBerekeningcement 2003 138? VBC gaat uit van 5% onder-schrijdingskans, in VB 1974 ishiervoor de bijbehorende stan-daardafwijking gegeven:K 160: 4,6 N/mm2K 225: 6,1 N/mm2K 300: 7,6 N/mm2> K 300: 7,6 N/mm2(niet ge-geven in VB 1974, aanname);? effect van drie kubussen(GBV) in plaats van zes (VB) isverwaarloosd.? fck= fcm? 1,64 waarin:fckis de karakteristiekekubusdruksterkte;fcmis de gemiddelde druk-sterkte; is de standaardafwijking;1,64 is een factor afhankelijkvan het aantal proefstuk-ken;? ingevuld voor K 300:fck= 1,16 300 0,1 ? 1,64 7,6 = 22,34, afgerond 22.MateriaalfactorenIn de GBV 1962 werd een `overall'veiligheidsfactoraangehoudenvan1,8, die in de VB 1974 is verlaagdnaar 1,7. Deze verlaging wasmogelijk doordat de spreiding inde materiaalkwaliteit afnam. Omhiermee ook rekening te houdenbij de herberekening, is de mate-riaalfactor aangepast:? bij druk:m= 1,2 x 1,8/1,7 = 1,27;? bij trek:m= 1,4 x 1,8/1,7 = 1,48;? voor fbm: 1,4 x fb;repx (1,7/1,8).Met de formules uit 6.1.1, 6.1.2 en6.1.3 van de VBC 1995 zijn ver-volgens voor K 300 de in tabel 1opgenomen waarden berekend.De werkzaamheden van de werk-groep zijn nog niet afgerond. De(deel)resultaten worden echter aldoor Rijkswaterstaat alsmede ookdoor enkele ingenieursbureaus(bij werkzaamheden in opdrachtvan Rijkswaterstaat) toegepast.I n v e n t a r i s a t i eAlvorens een herberekening kanworden uitgevoerd, dient een in-ventarisatie van alle beschikbaregegevens plaats te hebben. Naafloop hiervan dienen voldoendegegevens beschikbaar te zijn omde herberekening te kunnen uit-voeren. Bij de inventarisatie wor-den, indien nodig, de volgendestappen doorlopen:1. Verzamelen van alle gearchi-veerde gegevens (bestek,tekeningen, berekeningen,inspectierapporten).2. Bestuderen en beoordelenbeschikbare gegevens (on-dubbelzinnigheid, relevantie).3. (Visuele) inspectie van hetkunstwerk door een construc-teur; huidige toestand nagaan(wegindeling, schades, juist-heid tekeningen enz.).4. Vaststellen van de nog ont-brekende gegevens, inclusiefhet aangeven van eventueelbijbehorend aanvullendonderzoek.5. Uitvoeren aanvullend onder-zoek.Ad 2. Bij het beoordelen van deaanwezige gegevens dient de con-structeur bekend te zijn met dedestijds gehanteerde normen ende interpretatie hiervan. Alleendan kan worden beoordeeld of degegevens volledig genoeg zijnvoor een herberekening. In deoude berekeningen is niet altijdduidelijk aangegeven welke mate-rialen zijn toegepast. Achterhalenvan de toegepaste materialen kandan geschieden aan de hand vande hierop toegelaten spanningen.Via de oude norm kan dan de des-tijds minimaal vereiste materiaal-sterkte worden bepaald.Ad 3. Als tijdens een inspectiegebreken zijn geconstateerd, die-nen deze in de berekening te wor-den meegenomen.Ad 5. Vooraf aan een aanvullendonderzoek dient te worden inge-schat of niet eerst, met een aan-name voor de ontbrekende gege-vens, een berekening kan wordenuitgevoerd. Mogelijk volgt hieruitdat zelfs met de meest gunstigeaannamen, de constructie in denieuwe situatie niet voldoet endus vervangen dient te worden.Dan heeft het onderzoek aan deconstructie geen zin meer.H e r b e r e k e n i n gAangezien afmetingen, materiaal-eigenschappen en hoeveelheidwapening al vastliggen, is bij eenherberekening sprake van het uit-voeren van een controlebereke-ning.Ditiseengeheelandersoortberekeningdandebijnieuwbouwuitgevoerde ontwerpberekening.Het aanbrengen van extra wape-ning is moeilijk, doch uitvoer-baar, maar het verhogen van debetonsterkteklasse is niet meermogelijk. De bij nieuwbouw ge-bruikelijke fasering (voorontwerp,definitief ontwerp, besteksbere-kening en detailberekeningen),waarbijnietinallegevallen(uitge-breide) berekeningen nodig zijn,is niet aan te brengen.De berekening wordt in het alge-meen uitgevoerd als eenvoudigeliggerberekening met de bijbeho-rende doorsnedetoetsen. Indienvolgens deze berekening de con-structie niet voldoet, kan dit resul-teren in een aanvullende bereke-ning met een verfijnde model-lering of in het bepalen van ver-sterkende maatregelen met bijbe-horende ontwerpberekening.Alle onderdelen dienen te wordenbekeken. Soms blijken details inde huidige situatie net wel en inde nieuwe situatie net niet tevoldoen. Indien dit over het hoofdwordt gezien, kunnen kleine con-structieve details tot schade enmogelijk zelfs tot gevaarlijke situ-aties leiden.Naast de verkeersbelasting con-form NEN 6723 VoorschriftenBeton ? Bruggen, wordt ook gere-kend met een `interne richtlijn',gebaseerd op NVN-ENV 1991-3:1995 (Eurocode 1), aangevuld metde eisen uit het bijbehorendeNAD. Reden hiervoor is dat deverkeersbelastingen volgens deEurocode beter aansluiten bij debelastingen zoals deze anno 2002GBV 1962 NEN 6720betonkwaliteit sterkteklasse fckfbfbfbmEb(kgf/cm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)K 300 B 22 22 12 1,02 1,99 27 750Tabel 1 |Materiaaleigenschappenvan de GBV 1962 omgezetnaar de VBCC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gBerekeningcement 2003 1 39op onze snelwegen optreden (ziehet artikel van ir. P. Eggermont indit nummer van Cement). De on-gunstigste van de twee belastings-modellen wordt gebruikt voor debeoordeling.BerekeningsverloopBij het uitvoeren van de herbere-kening wordt gewerkt met eentop-down benadering, waarbij deberekeningsstappen zo zijn ge-rangschikt, dat bij niet kunnenvoldoen aan een voorgaande stap,de volgende stappen niet uitge-voerdhoeventeworden.Hiermeewordt het benodigde rekenwerktot een minimum beperkt.De opeenvolgende berekenings-stappen zijn:1. Toetsen van de bovenbouwin langs- en dwarsrichting opveiligheid (uiterste grenstoe-stand);2. Toetsen van de bovenbouwin langs- en dwarsrichting opduurzaamheid (bruikbaar-heidsgrenstoestand);3. Toetsen op vermoeiing.4. Controle van de onderbouw(gelijk aan stap 1 en 2).5. Controle op detailniveau(opleggingen, detailwape-ning enz.).Ad 1. Bij niet voldoen aan de vei-ligheidseisen zal nagegaan die-nen te worden of door middel vanversterkingsmaatregelen aan deeisen kan worden voldaan.Ad 2. Niet voldoen aan de duur-zaamheidseisen betekent onze-kerheid over het bereiken van deontwerplevensduur. De voorzie-ne restlevensduur kan lager zijndan de resterende ontwerplevens-duur. Dit dient duidelijk te wor-den vermeld in het advies, inclu-sief de mogelijke consequenties.Het niet voldoen aan de duur-zaamheidseisenkanresultereninhet corroderen van de wapening,waardoor het veiligheidsniveauop den duur beneden het vereisteminimumkankomen.Deinspec-tiefrequentie van de constructiemoet dan worden verhoogd; in-dien noodzakelijk ook aangevenaan welke constructieonderdelenextra aandacht moet worden be-steed. Het afwijken van de in denormen opgenomen duurzaam-heidseisen dient altijd met denodige voorzichtigheid te gebeu-ren. Kennis van de bij de eisenbehorende achtergronden is ver-eist. Alleen dan kunnen de con-sequenties van het niet voldoenaan de norm worden ingeschat.Ad 4. Als de bovenbouw in eennieuwesituatienietvoldoetenver-vangen moet worden, moet nogwordennagegaanofdeonderbouwnog voldoet voor het nieuwe dek.E r v a r i n g e n m e t g e m a a k t eh e r b e r e k e n i n g e nOude kunstwerken zijn ontwor-pen volgens de toen geldende ont-werpfilosofie?nenzijndaar-opge-dimensioneerd en gedetailleerd.Als dergelijke constructies met dehuidigevoorschriftenwordenher-berekend,blijktvaakdatdekunst-werken op dezelfde punten nietvoldoen.Inhetkorthierondereensamenvatting van de ervaringentot nu toe:? Het bezwijkdraagvermogen(veiligheid) voor de optre-dende momenten voldoetmeestal; bij bepaalde construc-tietypen en bouwperiodenmeestal pas na het toepassenvan momentenherverdeling.? De in de VBC gestelde dwars-krachteisen worden meestalniet gehaald. Als de dwars-krachtcapaciteit van de con-structie met de bij het ontwerpgeldende normen wordt be-paald, voldoet de constructiein de nieuwe situatie vaak nogwel. De huidige normgevingvoor dwarskracht is mogelijkvoor bepaalde typen brugdek-ken erg ongunstig. Onderzoeknaar een aangepaste bereke-ningsmethode is gewenst, zoniet noodzakelijk.? Aan de scheurwijdte-eisen vande VBC 1990 wordt in het al-gemeen niet voldaan. Dit valtonder meer te verklaren uithet feit dat hiervoor in devorige normen andere toetsenwerden uitgevoerd. De kunst-werken worden nu gecontro-leerd op voldoen aan milieu-klasse 3, terwijl ze zijn ontwor-pen volgens een normgevingdie vergelijkbaar is met dehuidige milieuklasse 2. Daar-naast blijkt dat de te toetsenmomenten in de gebruiks-toestand bij belasting volgensde Eurocode in het algemeenhoger zijn dan bij de verkeers-belasting volgens de VBB.? De huidige software is nietgemaakt voor herberekeningvan constructies. Alleen de inde VBC vermelde materialenzijn in de programma's opge-nomen. Oude materialenkomen hiermee niet voor100% overeen, waardoor of tehoge of te lage rekenwaardenworden aangehouden.? De toegepaste materialen zijnslecht terug te vinden. In oudeberekeningen en op tekenin-gen is niet duidelijk aangege-ven met welke materiaalkwali-teiten is gerekend. Beton isvaak alleen gegeven door eenin het bestek voorgeschrevenhoeveelheid cement en destaalkwaliteit is vaak alleenherleidbaar uit de toegelatenspanningen. Achterhalen vande aan te houden materiaal-sterkten kost dus veel tijd.Aangeziennutijdenshetontwerpduidelijk wordt vastgelegd welkematerialen, uitgangspunten ennormen er zijn gehanteerd, wordtdit soort problemen in de toe-komst veelal voorkomen.T e n s l o t t eRijkswaterstaat streeft ernaar debestaande kunstwerken zo langmogelijk in stand te houden, ookbij gewijzigd gebruik. Niet alleenomdat dit de investeringskostenvoor het rijk verlaagt. Het vervan-gen van kunstwerken leidt in hetalgemeen tot werkzaamheden diegepaardgaanmetverkeershinder.Bovendien draagt het slopen vankunstwerken niet bij aan het stre-ven naar duurzaam bouwen.