Normbesef (8) CEMENT 1 2025 ?71 Normbesef (8) CEMENT 1 2025 ?71 VEILIGHEID GRONDWATER­ BELASTINGEN NADER BESCHOUWD In de nationale bijlage van Eurocode 0 zijn methodes opgenomen over hoe de belasting uit grondwaterstanden moet worden bepaald. Over de achtergronden van die methodes en over de waardes die moeten worden ingevuld, bestaat echter weinig duidelijkheid. Bovendien zijn er twijfels over de accuraatheid van de uitkomsten. RUBRIEK NORMBESEF Dit is het achtste artikel in Ce - ment-rubriek Normbesef. In deze rubriek kunnen lezers onduidelijkheden in de con- structeurspraktijk, bijvoorbeeld in de regelgeving, aankaarten. Let wel: Hoewel de artikelen worden beoordeeld door ex- perts, betreft het de persoonlij- ke interpretatie van de auteur. Aan de inhoud kunnen dan ook geen rechten worden ontleend. De artikelen geven ook niet al- tijd een antwoord of oplossing. Het doel van de rubriek is de sector te informeren over onduidelijkheden in de norm en daarmee een discussie op gang te brengen. Dit kan leerzaam zijn, zo meent de redactie van Cement. Uiteraard voor de normcommissie, maar ook voor collega-constructeurs. Het uiteindelijke doel van de rubriek is meer duidelijkheid voor iedereen en in sommige gevallen misschien zelfs bete- re normen. Een uitgebreidere toelichting op de rubriek staat in het artikel 'Nieuwe rubriek over normen: Normbesef' op Cementonline. Heb je zelf ook een onderwerp voor deze rubriek, neem dan contact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl. Publicatie kan eventueel anoniem. 72?CEMENT?1 2025 auteur IR. FRISO JANSSEN GOLDBECK Nederland Aan de hand van de diepte van een kelder en de grondwaterstand kan de optredende waterdruk op een constructie worden berekend. De grondwaterstand moet dus bekend zijn. Deze is afhankelijk van veel factoren, zoals: - polderniveau's (bemalen gebieden); - riviergebieden (grondwaterstand volgt de waterstan- den in rivieren); - gebieden met kleilagen (grondwater wordt hoofdza- kelijk bepaald door neerslag (hemelwaterinfiltratie); - wijzigingen in polderniveau's of waterstanden in kanalen; - extreme neerslag en klimaatverandering. Volgens de gebruikelijke veiligheidsfilosofie moet belasting worden vergroot met een partiële factor. De grootte van die factor is afhankelijk van statistiek en kansverdelingen van optredende belastingen en van het gewenste veiligheidsniveau. Op die manier wor- den de verschillen tussen representatieve belasting en extreme belasting geborgd en kan probabilistisch de kans op bezwijken worden berekend. Het eigen gewicht van een bouwwerk kan behoorlijk exact worden bepaald. Voor mogelijke onregelmatig- heden in laagdikten, eventuele afwijkingen in soor- telijke massa en toekomstige afwerkingen wordt een belastingsfactor van 1,2 toegepast (CC2). Voor veran- derlijke belasting wordt een factor 1,5 (CC2) gebruikt. De belasting uit grondwater is een afhankelijke belas- ting, geen onafhankelijke belasting. Voor onafhanke- lijke belastingen geldt dat de betrouwbaarheid kan worden vastgesteld (statistisch). Voor afhankelijke be- lastingen geldt dat een analyse moet worden gedaan van invloedfactoren, voordat een belastingfactor kan worden toegepast. Veiligheidsfilosofie TGB Het is aannemelijk dat een rekenwaarde van een grondwaterstand (behoudens de hoogst gemeten stand) een marge heeft. Hoewel niet meer van toepassing, beschrijven we voor een volledig beeld de methode die gold in de TGB 1990. Deze bestond uit: - het bepalen van de hoogste grondwaterstand; - het bepalen van de diepteligging van het gedrukte vlak; - het bepalen van de waterhoogte; - het bepalen van de waterdruk; - en het vergroten van de waterdruk met een factor 1,2 om tot een veilige waarde te komen. Deze methode leidde tot een situatie dat een vloer die bijvoorbeeld 25 cm in het water (bij hoogste grond- Normbesef (8) CEMENT 1 2025 ?73 waterstand) stond, werd berekend met een druk van 2,5 kN/m 2 . Veiligheidshalve werd 20% toeslag geteld: 0,5 kN/m 2 (5 cm water). Het is zeer de vraag of de op- gegeven hoogste waterstand überhaupt deze betrouw- baarheid heeft, tot op 5 cm nauwkeurig. Wordt in bovenstaand voorbeeld echter een ontwerp- wijziging doorgevoerd voor een tweelaagse parkeer- kelder, met het diepste punt 5,25 m dieper, dan bedraagt de waterdruk 5,5 m waterkolom: 55 kN/m 2 . Veiligheids- halve werd 20% toeslag geteld: 11,0 kN/m 2 (110 cm water). Het is bijzonder dat de veiligheid van dit bouwwerk niet werd bepaald op de hoogste grondwaterstand, maar afhankelijk was van de diepte in het water. In- vloeden op de grondwaterstand waren bovendien geen enkel criterium in het bepalen van de hoogste grondwaterstand. Het lijkt dubieus dat hetzelfde bouw- werk met verschillende hoogste grondwaterstanden werd berekend indien de diepteligging van het gebouw wijzigt. Eurocode De methode uit de TGB is vervangen door een methode in de Eurocode. In de nationale bijlage van Eurocode 0 (NEN-EN 1990) zijn in bijlage A twee methoden opge - nomen voor het berekenen van de grondwaterstand. Methode A In methode A wordt de rekenwaarde van de ongunstige (grond)waterstand hd bepaald op basis van een ex- treme waardeverdeling van een meerjarige meetreeks, volgens: () d2 d1 21 11 log / log TT h h hh TT ???? ?? =+ × ????? ?? ???? ????  (formule NB.2) waarbij T d = f Td x T re (formule NB.3) waarin: h 1 is de (grond)waterstand in m NAP, behorend bij een herhalingstijd T 1 h 2 is de (grond)waterstand in m NAP, behorend bij een herhalingstijd T 2 T 1 is de herhalingstijd in jaren van grondwater- stand h 1 T 2 is de herhalingstijd in jaren van grondwater- stand h 2 T ref is de referentieperiode in jaar T d is de herhalingstijd van de ongunstige (grond)waterstand in jaar f Td is de factor ter bepaling van de herhalings- tijd afhankelijk van de gevolgklasse, volgens tabel NB.8 Indien van meerdere herhalingstijden de extreme grond- waterstanden bekend zijn, kan op basis van extrapolatie een schatting worden gedaan van de hoogste grond- waterstand. Methode B Methode B gaat uit van een directe bepaling door middel van een prognose van de rekenwaarde van de (grond)waterstand. Hierbij moet rekening zijn gehou- den met een eventuele modelonzekerheid. Voor de rekenwaarde van de (grond)waterstand h d geldt de formule (NB.4): h d = h k + k x (h k - h m) (formule NB.4) waarin: h d is de rekenwaarde van (grond)waterstand h m is de gemiddeld (reguliere) waterstand (mo- mentaan) h k is de karakteristieke waarde van de grond- waterstand k is de factor waarmee de over- en onder- schrijdingskans in lijn wordt gebracht met de betrouw- baarheidsindices voor de betreffende gevolgklasse. Hiervoor behoort de conservatieve waarde k = 1 te worden gehanteerd Door de amplitude te bepalen in grondwaterstanden tussen een gemiddelde waterstand en de hoogste waterstand, zijnde de grootste stijging van waterstand, is het aannemelijk dat met een beperkt betrouwbaar- heidsinterval de waarde niet groter zal zijn dan 2x deze stijging van de waterstand. De factor k bepaalt het aantal malen dat de stijging (h k ? h m) wordt opgeteld bij de hoogste stand h k. Evaluatie methodes Deze aanpak kent volgens mij een aantal onduidelijk- heden. In formule (NB.4) is volgens de Eurocode zowel de onzekerheid in de belasting als de onzekerheid in de berekening van het belastingeffect (buigend moment, dwarskracht, enz.) verwerkt. Door de rekenwaarde van de grondwaterstand te bepalen, hoeven geen andere partiële factoren meer te worden toegepast op dit be- lastingeffect. Er is daardoor geen helder onderscheid tussen karakteristieke waterlast en rekenwaarde van de waterlast. Exacte duiding hoe deze belasting 74?CEMENT?1 2025 meerdere vragen voor. Welke eisen gelden er voor een meting van peilbuizen? Is er een minimum aantal metingen? Is er een minimale doorlooptijd? Hoe wordt omgegaan met onbekende factoren als waterstand- wijziging, klimaatverandering? Hoe vertaalt men de gegevens van een peilbuislocatie naar een projectlo- catie? Gaat men dan uit van uniforme waterstanden ten opzichte van NAP? Methode B lijkt geen betrouwbare methode. Indien men in een droge periode (bijv. afgelopen 50 jaar) een peil- buis op locatie aanbrengt met een meetperiode van 6 maanden, dan kan op geen enkele manier een be- trouwbare uitspraak worden gedaan over de natte jaren. Door gebruik te maken van een rekenwaarde van de grondwaterstand is de belastingsfactor verdisconteerd in de hoogste stand. Dat is per definitie een betere methode dan de methode TGB, waarbij het belasting- effect (waterdruk) wordt vergroot met een partiele factor (1,2). Beschouwing Een alternatieve benadering is de methode van ex- treme-waardenstatistiek, ik noem hem de 'Methode Deltares' (zie kader). Ik zou de normcommissie graag uitdagen deze te bekritiseren. Voor een betrouwbare meting van grondwaterstanden, het op een betrouwbare wijze verwerken van gegevens tot een overschrijdingsmodel en voor het vaststellen van de partiële factoren zou een nadere studie moeten worden verricht. Het zou mooi zijn als deze methodie- ken nader worden gespecificeerd door onderzoek. moet worden ingepast in fundamentele combinaties 6.10a en 6.10b zijn normatief niet vastgelegd. Het is onduidelijk hoe blijvende belastingen en quasi- blijvende belastingen moeten worden bepaald of fre- quente belastingen. Er zijn geen momentaanfactoren opgenomen in deze bijlage. De grondwaterlast is niet gedefinieerd als blijvende belasting of opgelegde belas- ting. Toetsing van kruip, vervorming, scheurvorming enz. is in de bijlage van de norm onvoldoende opgenomen. Helaas lijkt er niets te vinden over achtergronden bij de genoemde rekenformules en ze zijn zelf niet direct te herleiden of verklaren. Methode A is mogelijk een zeer betrouwbare methode. Men wordt gevraagd om een waterstand te bepalen met een herhalingstijd. Door twee hoogste standen met verschillende referentieperioden in te voeren, ont- staat een rekenwaarde van de grondwaterstand. Het is echter niet gegeven hoe men een hoogste water- stand bepaalt. En het is niet gegeven welke perioden van hoge waterstanden moeten zijn opgenomen in de meting (extreem natte zomer/winter versus extreem droge zomer/winter). In de afgelopen 50 jaar zijn re- cords gebroken als het gaat om hitte en droogte. Deze gegevens zijn niet relevant voor het bepalen van hoge grondwaterstanden. Voor gebieden met een wisselende grondwaterstand geldt dat TNO gegevens beschikbaar heeft uit perma- nente peilbuizen. Deze peilbuizen worden periodiek uitgelezen. Dit houdt echter niet in dat maandelijks resultaten worden verzameld. Daarbij doen zich dus METHODE DELTARES De auteur heeft voor de bepaling van grondwaterstanden een model toegepast dat wordt gebruikt in zijn rapportages. Deze methode is gebaseerd op een analyse van extreme waarden. De methode van plot fitting op basis van verschillende kansverdelingen (Weibull, Gumbel, e.a.) wordt gebruikt om de lineaire regressie te berekenen. De achtergronden van deze methode zijn afkomstig van publicaties van Deltares betreffende extreme-waardenstatiek. In deze methode wordt de jaarlijks hoogst gemeten grondwaterstand beschouwd. Er is een relatie tussen het aantal metingen, verdeling van extremen en bijbehorende overschrijdingskansen. Door plot fitting kan dan de waterstand worden bepaald met een overschrijdingskans van 1 op 50 jaar. De methode houdt rekening met beperkte gegevens (meetduur) en door fitting-methodieken wordt de variatie in metingen verdisconteerd in de rekenwaarde van grondwaterbelasting. Effecten van klimaatverandering zijn niet opgenomen in de dataset uit het verleden en moeten daarom aanvullend worden beschouwd. Deze methode maakt geen deel uit van de Eurocode en is niet door onafhankelijk instanties getoetst. Hij wordt als schaduwberekening gehanteerd om de berekeningen conform Eurocode te toetsen. Ook de auteur heeft geen oplossing voor de conversie tussen rekenwaarden en karakteristieke waarden. Normbesef (8) CEMENT 1 2025 ?75 ontstaat grote schade aan dit soort constructies. Door nu de modellen af te stemmen op de werkelijkheid, kan mogelijke schade en leed worden voorkomen. Is het dan noodzakelijk om waterbeheer (polder) versus on- beheerd in de berekeningen te beschouwen? Is grond- waterregime niet een dermate complex aspect, zeker indien sprake is van meerdere watervoerende lagen of glooiing in landschappen of waterdichte grondlagen, dat we de kennis en expertise van een geohydroloog moeten inschakelen bij ondergrondse bouwwerken?? Door meer ruimtegebruik in binnenstedelijk gebied en door meer bescherming van natuurgebied, kan worden verwacht dat ondergronds bouwen steeds meer zal worden toegepast voor parkeergarages en verkeers- tunnels. Tezamen met klimaatverandering, intensie- vere neerslag en hogere buffering in grondwater is de noodzaak voor een goed ondergrondmodel steeds relevanter. Indien relatief lichte bouwwerken meer opwaartse druk moeten weerstaan dan dat het ontwerp heeft voorzien, OVERSTROMINGEN Beelden van hoge waterstanden aan dijken van de Maas en Waal, van de Geul in Valkenburg en van andere overstromingen in de afgelopen jaren in Nederland en ons omringende landen zijn alom bekend. Bij dergelijke overstromingen kan een groot drukverschil ontstaan op ondergrondse constructies. Zouden we voor de bepaling van de hoogste waterdruk wellicht ook de mogelijkheid van over- stroming moeten beschouwen? Moeten we in het kader van de constructieve veiligheid opdrijven van bouwwerken niet ook toetsen in geval van overstromin- gen? Hoe moeten we omgaan met de toekomstvisie ten aanzien van zeespiegel- stijging en een mogelijk verhoogde kans op overstromingen? In dat kader is het de moeite waard om eens op overstroomik.nl te kijken. VERZOEK OM VOORBEELDEN Het zou goed zijn om enkele voorbeelden uit te werken volgens de verschillende benaderingen en de ontwerpers van ondergrondse bouwwerken een handvat te bieden voor betrouwbare ontwerpuit- gangspunten. Voor een fictieve projectlocatie in Nederland, niet gelegen in poldergebied, zouden drie metingen van het TNO-peilbuisregistratiesysteem nabij de projectlocatie kunnen worden beschouwd. Per re - gistratie volgt een waardeoordeel met toelichting waarom deze meting geschikt of ongeschikt is voor de projectlocatie. Vervolgens kunnen we per meet- reeks aangeven welke meetpunten worden be - schouwd, in formules worden toegepast, en welke herhaaltijden dan zijn vastgesteld voor de meting en op welke wijze. Een handvat voor de methodiek zou wenselijk zijn voor ontwerpende constructeurs, om deze methodiek foutloos te kunnen toepassen. Ook de praktische toepassing van tabel NB.8 in een praktijkvoorbeeld zou mogelijk veel meer inzicht kunnen verschaffen in de termen 'overheer- send' en 'combinatie'. Tabel NB.9 is van toepassing ter bepaling van de minimale rekenwaarde bij overheersende water- belasting. Hoe wordt dit dan gecombineerd met tabel NB.8? Wellicht dat de berekende grondwaterstand kan worden vertaald in de opwaartse last op een kel- dervloer (keldervloer onder grondwaterniveau), in combinatie met een neerwaarts eigen gewicht. Is de combinatie eigen gewicht (0,9 G) en waterdruk dan een overheersende situatie of een combi- natiesituatie? Wordt de rekenwaarde van eigen gewicht dan gecombineerd met de waterdruk en wordt de resulterende last dan vergroot met factoren uit tabel NB.9? Of moeten de factoren uit tabel NB.9 uitsluitend worden toegepast op de waterdruk en wordt dan de resulterende belasting bepaald voor snedekrachten? Hoe ziet de opdrijf- berekening en de sterktetoets van een kelder- constructie er nu exact uit? De terminologie in de norm is mij onvoldoende helder.