Bestaande bouw in de infrastructuur Invloed toenemende belastingen, gewijzigde normen en leeftijd constructies 1 De Zeeburgerbrug, Amsterdam, foto: Wikipedia / S. Sepp Rijkswaterstaat heeft ongeveer 4800 bruggen, viaducten en onderdoorgangen. Die vragen niet alleen regulier onderhoud, soms is meer nodig. Bijvoorbeeld door toenemende belasting en veranderende gebruikseisen. Hoe wordt omgegaan met deze opgave en welke rol speelt regelgeving daarbij? 1 6? CEMENT 8 20 22 Enkele decennia geleden was de algemene veronderstelling dat, als betonnen constructies goed waren ontworpen en uitgevoerd, ze eeuwig mee zouden gaan. Ve r- keersklasse 60 uit de VOSB 1963, waarop bruggen in rijkswegen werden ontworpen, zou in werkelijkheid nooit voorkomen. De eerste keer dat deze geruststellende gedachte haarscheurtjes ging vertonen, was rond 2005 bij het ontwerp van de spits- en plusstroken van de A50/A1 tussen Barneveld en Deventer. Een controleberekening of deze gewijzigde belasting mogelijk was ? door de vluchtstrook op te offeren was er immers ruimte genoeg ? toonde aan dat zelfs de hui- dige belasting theoretisch tot een onveilige situatie zou kunnen leiden. Waarom is bestaande bouw zo'n probleem? Bij Rijkswaterstaat waren net de laatste in- zichten ten aanzien van de verkeersbelastin- gen vastgelegd in de Richtlijnen Ontwerp Betonnen Kunstwerken (ROBK versie 5), wat later de Eurocode verkeersbelastingen (NEN EN 1991-2) zou worden. Iedereen kon buiten zien dat de intensiteit en massa van het vrachtverkeer enorm waren toegenomen en dat een verhoging van de ontwerpverkeers- belasting in de VOSB 1963 te verwachten was. En men begreep ook dat je niet dezelfde be- trouwbaarheid kon ontlenen aan oude mate- rialen als aan nieuwe materialen. Daarom kwamen er de Richtlijnen Beoordeling Be- tonnen Kunstwerken (RBBK1), waarin stond hoe om te gaan met oude materialen. Op ba- sis van deze richtlijnen bleek dat de bruggen en viaducten in de A50/A1 niet meer volde- den. Maar de conclusie dat deze moesten worden vervangen, zonder dat er sprake was van duidelijk zichtbare schade, werd niet gedeeld. Aangepaste veiligheidsfilosofie voor bestaande bouw De 'redding' kwam in de vorm van ISO 2394 - Algemene principes over de betrouw- IR. DICK SCHAAFSMA Adviseur Bruggen en Viaducten / Secretaris Nederlandse Bruggenstichting Rijkswaterstaat GPO auteur CEMENT 8 2022 ?7 baarheid van constructies en NEN 8700 - Beoordelen van bestaande bouwconstruc- ties. ISO 2394 legde een relatie tussen de relatieve kosten van versterkingsmaatrege- len en de kosten die gepaard gingen met de consequenties van falen om het veiligheids- niveau te bepalen (tabel 1). Met andere woorden: hoe hoger de relatieve kosten van de maatregel zijn, des te lager het gewenste veiligheidsniveau. En hoe groter de conse- quenties van falen, des te hoger het gewenste veiligheidsniveau. We bemerkten dat het verschil in projectkosten tussen nieuwbouw en versterking van een bestaande brug elkaar niet ver ontlopen door de verkeersmaatrege- len, en dat de consequenties van falen, bij- voorbeeld bij de Merwedebrug, gigantisch kunnen zijn. In 2008 kwam het eerste ontwerp van NEN 8700 uit, waarin deze filosofie verder werd uitgewerkt. NEN 8700 werd in 2012 aangewezen in het Bouwbesluit. Dat creëer- de enorm veel mogelijkheden voor extra benutting van capaciteit van bestaande con- structies en daarmee voor hergebruik. Het laatste jaar doen zich daardoor veel vragen voor of een bestaande constructie nog veilig is. En als hij veilig is, hoe lang dan nog? En wat is zijn restlevensduur? En als hij niet veilig is, onder welke voorwaarden kunnen we dan al het verkeer nog toelaten? Moeten we alle bestaande bouwconstructies nu wantrouwen? Vormen de groei van het verkeer (hogere be- lasting) en de toename van de consequenties bij falen (hoger veiligheidsniveau) voldoende aanleiding om een controleberekening uit te voeren? Het Kennisplatform Constructieve Veiligheid (opvolger 'Compendium Aanpak Constructieve Veiligheid', zie kader) stelt voor om in de volgende specifieke situaties een controleberekening uit te voeren: bij het vermoeden van onvoldoende sterkte; bij het vermoeden van een onvolledig of ondoordacht ontwerp; na een opgetreden bijzondere belasting; bij constatering van schade, grote vervor- mingen of mogelijke tekortkomingen; bij veranderingen in de draagconstructie; bij ingrijpende verandering van gebruik en daarmee van belastingen of bij verandering van omgeving. Met de Spoedwet Wegverbreding in 2003 kwam het gebruik van het aantal en de omvang van spits- en plusstroken in een stroomversnelling. Voor Rijkswaterstaat werd het standaardbeleid om de bruggen en viaducten in de spoedwettracés en controle- berekening uit te voeren. Tegelijkertijd kwa- men de eerste ontwerpen volgens de Euro- codes uit en ontstond het vermoeden dat bestaande betonconstructies mogelijk on- voldoende sterk zouden zijn volgens deze nieuwe regelgeving, vooral op dwarskracht en vermoeiing. Laboratoriumproeven die voorheen onmogelijk waren door de grootte en het gewicht van de te beproeven beton- elementen, toonden aan dat de hoogtefactor een flinke reductie op de dwarskrachtcapa- citeit in de Eurocode opleverde. Vooral voor typische brugplaten van rond de 1 m hoogte zonder noemenswaardige beugelwapening gaf dit problemen. Daarnaast bleek het controleren van bestaande bouw heel andere vaardigheden van een constructeur te vragen dan bij het ontwerpen van een nieuwbouwconstructie. Bij nieuwbouw kun je een relatief grove con - structieberekening maken en gewoon wat extra wapening bijleggen. Omgekeerd kan dit niet. Bij bestaande bouw kun je er na een gr ove berekening geen extra wapening bij 'filosoferen'. Je wordt als constructeur ge- dwongen heel precies te rekenen en vaak al - les uit de kast te trekken om een constructie 'heel te r ekenen'. Als je dit niet doet, zoals in De intensiteit en massa van het vrachtverkeer zijn enorm toegenomen DICK SCHAAFSMA Dick Schaafsma is Adviseur Bruggen en Viaducten bij Rijkswaterstaat en daar- naast secretaris van de Nederlandse Bruggenstichting. Hij is bij Rijkswater- staat al meer dan 30 jaar betrokken bij de aanleg van nieuwe betonnen brug- gen en viaducten. In het begin als con- structeur-staticus, door ze te ontwerpen en door te rekenen. Later door ontwerp en berekening uit te besteden bij markt- partijen en deze te toetsen. Tabel 1?Gewenste betrouwbaarheidsindex (ontwerplevensduur) volgens ISO 2394 relatieve kosten versterkings - maat regel kosten consequenties van falen klein gemiddeld - klein gemiddeld - groot groot hoog ? = 0 ? = 1,5 ? = 2,3 ? = 3,1 gemiddeld ? = 1,3 ? = 2,3 ? = 3,1 ? = 3,8 laag ? = 2,3 ? = 3,1 ? = 3,8 ? = 4,3 8? CEMENT 8 20 22 de beginfase van het herberekenen aan de viaducten in de A1/A50, dan reken je alles kapot. Stand van zaken bij Rijkswaterstaat en in Nederland Het vermoeden van onvoldoende sterkte en de behoefte om het gebruik van bruggen en viaducten ingrijpend te veranderen, maakte het noodzakelijk alle brugconstructies tegen het licht te houden. Een enorme operatie: Rijkswaterstaat heeft ongeveer 4800 bruggen, viaducten en onderdoorgangen (tabel 2). In totaal zijn er, dus inclusief bruggen bij lagere overheden, in Nederland ongeveer 90.000 bruggen, viaducten en onderdoorgangen, met een vervangingswaarde van ongeveer ? 65 miljard (tabel 3). De grootste bouwpiek van bruggen van Rijkswaterstaat viel tussen 1960 en 1970. Deze bruggen zijn nu gemiddeld ongeveer 60 jaar oud. Als men ervan uitgaat dat brug- gen zijn ontworpen op een leeftijd tussen de 80 en 100 jaar, dan valt niet te verwachten dat er al veel aan het einde van hun levens- duur zijn. Als ze werkelijk 80 à 100 jaar mee- gaan, moet er een piek aan vervanging of versterking worden verwacht over 20 à 40 jaar. In de decennia 1960-1980 werden er gemiddeld 100 bruggen en viaducten per jaar gerealiseerd. Dat is 2 per week! In de decennia daarna toch nog gemiddeld 50 per jaar. Hoe dan ook een enorme vervangings- c.q. versterkingsopgave voor de toekomstige generatie. In dit verband kun je je afvragen of het zinvol is om op dit moment bruggen en viaducten zo te versterken dat ze weer 30 jaar meegaan, iets wat de NEN 8700 moge- lijk maakt. Schuif je de vervanging van deze bruggen niet juist op de grote hoop? 2 Inmiddels gesloopt viaduct Hoog Burel over de A1 bij Apeldoorn, foto: Rijkswaterstaat / Paul Poels Fotografie 2 KPCV Het Kennisportaal Constructieve Veiligheid (KPCV) werd in 2018 gelanceerd als digitale opvolger van het 'Compendium Aanpak Constructieve Veiligheid'. Van dit compendium verscheen de laatste editie in 2011. Aanleiding voor het Compendium was een aantal (bijna-)calamiteiten met bouwconstructies aan het einde van de vorige en het begin van deze eeuw. CEMENT 8 2022 ?9 3 3 Haarlemmermeer Aquaduct, foto: Beeldbank Rijkswaterstaat / Harry van Reeken Tabel 3?Areaal en vervangingswaarde civiele constructies in Nederland (Bloksma en Westenberg 2021; tabel 51 en 52) objectsoort classificatieaantalvervangingswaarde in M? brug (beweegbaar) 8.45714.226 brug (vast) beton34.38919.283 brug (vast) staal 10.03413.538 brug (vast) hout31.6938.885 onderdoorgang beton3.0429.119 overkluizing beton18255 totaal 87.79765.106 Tabel 2?Totalen Rijkswaterstaat DISK/NIS maart 2022 objectsoort classificatie < 1940 41-60 61-80 81-00 > 2000 totaal brug (beweegbaar) *)2641552423169 brug (vast) beton55 64 341202198860 brug (vast) staal *)38 21 35 12 14120 ecoduct beton 65157 onderdoorgang beton 2154277 123 115 590 viaduct beton271021407666 728 2930 totaal 167282 2115 1033 1129 4726 *) classificatie is op basis van beweegbaar voor staal voor beton. Dit betekent dat beweegbare en/of stalen bruggen over het algemeen ook betonnen overspanningen kennen. 10? CEMENT 8 20 22 Duurzaamheid: infraprovider of infraprotector? In het laatste decennium is er een belangrijk extra aspect bijgekomen in de overweging om bruggen en viaducten te vervangen, te versterken of te handhaven: de vraag of bruggen die nog niet aan hun technische le- vensduur zijn gekomen, kunnen worden ge- recycled of hergebruikt op een andere plaats. In 2050 moet de bouw volledig ener- gieneutraal zijn en moet er een minimum aan primaire grondstoffen worden gebruikt. Hoe langer we een brug of viaduct kunnen handhaven, hoe beter het is voor deze milieu - kostenbalans. Deze opgave geldt niet alleen voor de bouw en voor infraproviders, maar ook voor de gebruikers van onze netwerken. De weg- transportsector heeft de laatste twee decen- nia ongeveer twee keer zoveel lading over de weg, het spoor en over het water vervoerd, waarbij de CO?-uitstoot nagenoeg gelijk is gebleven. Hoe hebben ze dat gedaan? Ener- zijds door zuinigere motoren: een verschui- ving van veel kleine vrachtwagens naar min - der grote vrachtwagens. Anderzijds door logistieke oplossingen: er rijden nog nauwe- lijks lege vrachtwagens rond. Dit heeft geleid tot een grotere belasting van bruggen en via- ducten. De volgende stap is de transitie van motoren die geen fossiele brandstoffen ge- bruiken, zonder dat dit ten koste gaat van de lading. Langere, zwaardere vrachtwagens dus. Om deze transitie mogelijk te maken zullen infraproviders wegen en bruggen moeten bouwen die deze extra belasting aankunnen. Het is de vraag of de bestaande bouw in de infrastructuur deze transitie aankan en dat de bouw tegelijkertijd zijn opgave kan waarmaken. Bij bestaande bouw kun je er na een grove berekening geen extra wapening bij 'filosoferen' CEMENT 8 2022 ?11