themaBeheer en onderhoud met EEM3201440themaBeheer enonderhoudmet EEMGebruik EEM zorgt voor uitstel ofvoorkoming vervangingsinvesteringenBeheer en onderhoud met EEM 32014 41Beoordelingskader bestaande betonconstructiesBij nieuwbouw van constructies worden ontwerpen getoetstaan de Eurocode. Binnen het kader van het Bouwbesluit wordtapart aandacht besteed aan bestaande constructies. Voor debeoordeling van deze constructies wordt gewerkt aan eennormenreeks. Het algemene deel (NEN 8700 [1]) en het deelover belastingen (NEN 8701 [2]) zijn reeds beschikbaar. Indeze serie zullen ook materiaalgebonden delen verschijnenzoals over beton en staal. De serie beschrijft op hoofdlijnen debeoordeling, steeds voor perioden van vijftien jaar of een veel-voud daarvan.Het inspectiekader van bestaande constructies bestaat uit hetschouwen van constructies en het uitvoeren van toestandsin-specties en programmeringsinspecties. Rijkswaterstaat (RWS)heeft zichzelf de eis gesteld de objecten in hun beheer minimaaleenmaal in een periode van zes jaar te inspecteren. ProvincieNoord-Holland kent een regime van eens in de drie jaar tech-nisch inspecteren, aangevuld met eenmaal per jaar een visueleinspectie. Kenmerkende verschillen tussen beide overhedenzijn de aantallen objecten: RWS heeft ruim zesduizend objectenin beheer, Noord-Holland ruim vijfhonderd objecten.EEM bij veiligheidsbeoordelingBinnen het inspectieregime wordt gebruikgemaakt van eenafwegingsmodel. Hierbij wordt een weging gemaakt tussenbeschikbaarheid van ontwerpdocumenten, historische object-gegevens, actuele ?n vroegere inspectiegegevens en huidiggebruik. Door de risico's af te wegen, wordt ingeschat of opkorte, midden of lange termijn aandacht moet worden besteedaan een object. RWS hanteert hiervoor de zogeheten CRIAM-score. CRIAM is een Excel-model (Constructief Risico Indexe-ring Afwegings Model) waarmee risico's van betonconstructieskunnen worden ge?nventariseerd en gewogen [3]. De ProvincieNoord-Holland maakt de afweging onder andere op basis vanbouwjaar en ontwerpverkeersklasse in relatie tot de verkeersbe-lastingen uit de Eurocode.Uit de risicoafweging kan volgen dat een nadere toetsing nodigis. Bij RWS gebeurt dit op basis van de Richtlijn Beoordelingbestaande Kunstwerken, de RBK1.1:2013 [4], gebaseerd op eenindeling van de objecten in gevolgklasse CC3. In Noord-Holland wordt ook gebruikgemaakt van de RBK. Het verschilmet RWS is dat in de provincie vooral sprake is van in gevolg-klasse CC2 ingedeelde objecten. Hierdoor gelden iets andereparti?le factoren.Na de CRIAM-toetsing kan een verdergaande beoordelingnodig zijn. Mits er uiteraard voldoende ontwerpdocumentenaanwezig zijn in het technisch archief, kan een analyse wordenopgestart volgens het schema uit figuur 2. Op dit meesteenvoudige niveau (schema niveau 0) vindt een zogenoemdeDeeindige-elementenmethode(EEM)werdtoteenaantaljarengeledennietechtinverbandgebrachtmetbeheerenonderhoudaanbetonconstructiesindeinfrastructuur.MetdetoenemendekrachtvandehardwareenmogelijkhedenvansoftwarekandeEEMbehalvebijnieuwbouwookbijbestaandeconstructieseenrolspelen.Hiermeekunnenverborgenreservesbeterwordenbenut.InditartikelwordtingegaanophetgebruikvandeEEMbijdebeoordelingvandeconstructieveveiligheidvanbestaandebetoncon-structies.DitmedenaaraanleidingvandeervaringenvanRijkswaterstaatenProvincieNoord-Holland.1dr.ir. ane de BoerRijkswaterstaat GPOing. Marcel willemseProvincie Noord-Holland1 Brug in de A2 over de Maas bij Empelfoto: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat /Joop van HoudtthemaBeheer en onderhoud met EEM3201442niveau 1niveau 2niveau 3niveau 4niveau 5niveau 0analytisch, quick scan,liggermodel, staafmodel,excelmodelgeometrie 2D, 2?D of 3Dplaatmodellen of schaalmodellenverfijning in isotropie,orthothropiemodelgeometrie 2D of 3Dplaatmodellen of schaalmodellenverfijning in isotropie, orthothropieniet-lineaire materiaaleigenschappenmodelgeometrie 3D3D volume-elementenverfijning in isotropie, orthothropiemodelgeometrie 3D. 3D volume-elementenverfijning in isotropie, orthothropievolledig niet-lineaire materiaaleigenschappengemeten eigen gewicht, statistische verwerkingenvan materiaaleigenschappen, modelonzekerhedenverkleinen, probabilistische analyseprobabilistischrekenen3D berekening(EEM)niet-lineair3D berekening(EEM)lineair2D, 2?D of 3Dberekening(EEM) niet-lineair2D, 2?D of 3Dberekening(EEM) lineair1Dberekeningvoldoetvoldoetvoldoetvoldoetvoldoetvoldoetneejaneejaneejaneejaneeneejajaverfijningverfijningverfijningverfijningverfijningmaatregelenvervangen / versterken /beperkingen opleggen2 Stroomschema EEM bij beoordeling kunstwerkenbovennormse Model Code 2012 [6] bieden bovendien richtlij-nen om de resultaten van niet-lineaire analyses te toetsen opconstructieve veiligheid (niveau 2 en 4) [7].Het allerlaatste niveau in het schema (niveau 5) gaat uit vanprobabilistische analyses, proefbelasten en versterking vanconstructies.De diepgang van de analyseniveaus en de kosten daarvan moetworden afgewogen tegen de restlevensduur en het belang vanhet object in de bestaande infrastructuur.Verfijningen binnen de niveausBinnen de beschreven niveaus van EEM-berekeningen zijn denodige verfijningen te behalen. Voor het niveau 1 valt tedenken aan een verfijnde modellering van de geometrie en/ofopleggingen van de constructie. Of aan het gebruik van deorthotrope materiaaleigenschappen van beton in de beideQuickScan plaats. Hierbij worden met behulp van bijvoorbeeldExcel-sheets met analytische vergelijkingen of een eenvoudige(staaf)modellering ??n of meer maatgevende UnityChecks(UC's) per bezwijkfenomeen berekend.Geeft dit resultaat niet voldoende betrouwbaarheid ten aanzienvan de constructieve veiligheid van de constructie, dan zal eenEEM-analyse op ligger- of plaatveldniveau nodig zijn (schemav.a. niveau 1). Het resultaat van deze EEM-analyses zijn even-eens UC's per bezwijkfenomeen op doorsnedeniveau. Dezedoorsnedetoetsen kunnen in het veldmidden van de overspan-ning of in het opleggebied liggen, zowel in langs- als dwarsrich-ting.Wanneer na dit niveau van analyses nog geen voldoende resul-taat op het gebied van constructieve veiligheid is behaald enverfijningen mogelijk zijn om het rekenmodel te verbeteren,dan liggen er mogelijkheden voor een analyse op 3D-niveau(schema niveaus 3 en 4). De huidige Eurocode 2 [5] en de2Beheer en onderhoud met EEM 32014 433 Kleinpolderplein, Rotterdam, kort na aanleg in 1972foto: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat / Afd. Multimediaconstructieve veiligheid aanmerkelijk minder wordt. Wel kanhet op termijn een duurzaamheidsprobleem worden. Via eengefaseerde analyse (actieve en inactieve rekenmodeldelen) kanhet betondekkingsverlies worden gesimuleerd.Naast het effect van dekkingsverlies is ook de afname van dewapeningsdoorsnede relevant. Door toevoeging van eendiagram van de tijdafname van de wapeningsdoorsnede, kandit effect inzichtelijk worden gemaakt. Daarnaast kunnen in deberekeningsmodellen de tijdsafhankelijke eigenschappen vanbeton als krimp en kruipeigenschappen worden toegevoegd.Deze degradatieverschijnselen kunnen worden toegepast op elkniveau in het stroomschema.Het voorspellen of achteraf aantonen van scheurvorming inbetonconstructies en vloei van wapening, kan tegenwoordig opeen ligger, plaatveld of 3D-volumegeometriemodel wordengesimuleerd (schema niveau 1 t.m. 4). Het meest realistischescheurbeeld ontstaat bij 3D-volumemodellen. Deze vergen ookde langste doorlooptijd van een analyse. Voor een object metbijvoorbeeld drie of vier overspanningen van 20 m kost dit(anno 2014) gemiddeld 4 tot 6 uur rekentijd. Een goede basisvoor de modellen ten behoeve van het simuleren van schades isde RWS-richtlijn voor niet-lineaire eindige-elementenbereke-ningen van betonconstructies [8].De lokale modelopzet wordt gerealiseerd via verfijningen in hetgeometriemodel ter plaatse van de geconstateerde schade. Omhoofdrichtingen als gevolg van de opgetreden scheurvormingten behoeve van de daarbij behorende herverdeling van krach-ten. En ten slotte de verfijning in de belasting, van puntlastnaar uniforme oppervlaktebelasting.Voor niveau 2 kan een verfijning worden toegepast in het niet-lineair elastisch rekenen. Ten aanzien van de invoer is de stapvan lineair naar niet-lineair klein. Alvorens over te stappennaar het niet-lineaire proces kan eerst de haalbaarheid wordenonderzocht met een quasi niet-lineair rekenproces.Wanneer een berekening wordt uitgevoerd met behulp van een3D-volumemodel (schema niveau 3 en 4) ontstaat het bijko-mende voordeel dat de UC-toets niet meer op enkele door deconstructeur gekozen maatgevende dwarsdoorsneden wordtuitgevoerd. Bij een 3D-model kan automatisch op alle span-ningspunten de UC-waarde van het rekenmodel wordenbepaald. Dit betekent een aanzienlijke kwaliteitsverbeteringvoor de beoordeling en een eenvoudiger UC-toetsproces.Extra mogelijkheden EEMIn de EEM-analyses is het mogelijk geconstateerde schades meete nemen om de actuele constructieve veiligheid van eenconstructie in kaart te brengen. Het kan daarbij gaan om degra-datie van beton, scheurvorming, chloride-indringing, maar ookom het doorgaande verhardingsproces van het beton over delevensjaren heen. Hierbij moet gebruik worden gemaakt vangeavanceerde rekenmodellen.Wanneer degradatie van beton in de vorm van betondekkings-verlies is geconstateerd, betekent dit meestal niet dat deChloride-indringingChloride-indringing bij betonconstructies heeft vooral in hetpropagatiestadium invloed op de constructieve veiligheid vaneen betonconstructie. In dit stadium wordt het betonoppervlakporeuzer, waardoor de duurzaamheid wordt aangetast. Naverloop van tijd gaat het omringende beton macroscheurenvertonen en treedt de roestvorming naar buiten. Op termijn zalhet betonoppervlak er zelfs afspatten, waardoor de wapeninghaar dekking verliest en de wapeningsdoorsnede sneller zalafnemen. Om dit proces door middel van EEM te simuleren, zijngeavanceerde rekenmodellen nodig. Meestal begint chloride-indringing op enkele locaties in de constructie (denk hierbij aanvoegovergangen). Voor het modelleren, is lokale verfijning in hetEEM-model ter plaatse van de indringing van chloridenvoldoende. Meest geschikt hiervoor is een 3D-volumemodel (zieschema figuur 2). Met een 2D-vlakkespanningsmodel kan ookeen goed resultaat worden behaald, echter de spreiding in de 3erichting kan essentieel zijn.3Beheer en onderhoud met EEM3201444thema4 Voorgespannen kokerviaductHet effect van een reparatie of modificatie kan via een gefa-seerde analyse op een 3D-volumemodel worden berekend.Bestaande constructies vergen over het algemeen een groterediepgang qua modelvorming dan bij nieuwbouw. De afwegingvoor het toe te passen niveau van diepgang hangt af van:? de verwachte effectiviteit van een verdiepingsslag;? de kosten die een verdiepingsslag met zich mee brengt;? de beoogde periode van instandhouding van een object;? de kosten van maatregelen om een object veilig te maken.Voor de provincie Noord-Holland en RWS heeft EEM zich inde praktijk bewezen bij het beoordelen van bestaande kunst-werken en zijn onnodige vervangingsinvesteringen voorkomen.Hiermee is het een goed instrument binnen het assetmanage-ment. literatuur1 NEN 8700 Beoordeling van de constructieve veiligheid van eenbestaand bouwwerk bij verbouw en afkeuren ? Grondslagen.2 NEN 8701 Beoordeling van de constructieve veiligheid van eenbestaand bouwwerk bij verbouw en afkeuren ? Belastingen.3 Boer, A. de, Booij, N., Beoordeling met CRIAM. Cement 2012/4.4 Richtlijn Beoordelen bestaande betonconstructies, RWS, RBK1.1:2013.5 NEN-EN 1992-1-1 Eurocode 2, Deel 1-1: Algemene regels voor gebou-wen; Deel 2: Bruggen ? Regels voor ontwerp en berekening en voordetaillering.6 fib Model Code 2010-Final Draft,Vol I & II. fib bulletin 65 and 66, 2012.7 Hendriks, M., Boer, A. de,Toetsing EEM. Cement 2014/3.8 Richtlijn Guideline niet-lineaire analyses voor liggers, RWS, RTD1016:2012.9 Hoekstra, P., Bruin-Reynhout, D., Indieninen EEM-berekeningen.Cement 2010/4.10 Bruin-Reynhout, D., Bezemer, D., Controle EEM-berekeningen vierjaar later. Cement 2014/3.de doorlooptijd van de berekeningen te verlagen, kan het mate-riaalmodel lokaal niet-lineair worden, terwijl de overige delenlineair-elastisch blijven, gelijk aan het oorspronkelijke ontwerpof beoordelingsanalyse.VerbeteringsmaatregelenScheurvorming onder de 0,1 mm zal niet leiden tot reparatie;scheurvorming tot 0,5 mm moet leiden tot verduurzamen vande constructie om de restlevensduur daadwerkelijk te halen.Monitoring van de scheurwijdte kan hierbij helpen de rest-levensduur beheersbaar te garanderen. Scheurbeelden, scheur-wijdte-analyses [9, 10] en monitoringsgegevens kunnenbewaard blijven in het technisch archief van de beherendeinstantie. Reparatie of modificaties aan een betonconstructiezijn eigenlijk omgekeerde bouwprocessen. Het zijn processenwaarbij eerst materiaal en dus geometrie wordt verwijderd vande betonconstructie en vervolgens wordt weer materiaal en dusgeometrie toegevoegd. Deze processen kunnen rekentechnischworden gesimuleerd via een gefaseerde analyse, daarbijgebruikmakend van het bestaande niet-gefaseerde rekenmodeldat de geometrie zo realistisch mogelijk beschrijft. Op voor-hand kan hiermee worden geanalyseerd of de reparatie ofmodificatie het beoogde effect heeft.ConclusiesEEM is een goed instrument om de constructieve veiligheidvan betonconstructies gedurende beheer en onderhoud tebeoordelen. Door de hardware- en softwareontwikkelingen vande laatste jaren is het mogelijk geworden de diverse analyse-niveaus binnen beperkte tijd te doorlopen. Hierbij kunnentegenwoordig ook schadeprocessen worden gesimuleerd, zowelop geometrie- als op materiaalniveau.4