I ICONSTRUCTIEF ONTWERP IHEROVERWEGEN VAN DEVEILIGHEIDSSTRATEGIE BIJRISICOVOLLE ACTIVITEITENDE ROL VAN BETONCONSTRUCTIES BIJHET BESCHERMEN VAN MENS EN MILIEUir.K. van Breugel, TU Delft, sectie BetonconstructiesTegenwoordig wordt terecht veel aandacht besteed aan de bescherming van mens enmilieu tegen potenti?le in de samenleving aanwezige risico's. Dit artikel geeft eenaantal discussies weer, alsmede idee?n die worden ontwikkeld op het gebied vancivieltechnische, constructieve maatregelen ter beperking van deze risico's. Eerstworden enkele kanttekeningen geplaatst bij kritieken op de risico-analyse. Op basisdaarvan volgt een korte beschouwing over toepassingsgebieden voorbeschermingsconstructies van beton.Enkele betrekkelijk recente ge-beurtenissen hebben zowel we-tenschappers als niet-weten-schappers gedwongen zich opnieuwernstig afte vragen hoe het staat met derisico's voor mens en milieu, die de mo-derne techniek en industrialisatie metzich meebrengen. Bedoeld worden deLPG-ramp in Mexico (570 doden) en degiframp in Bhopal (+ 3000 doden), bei-de in 1984, en meer recent het ongevalmet de kerncentrale in Tsjernobyl. InNantes (Fr.) moesten in 1987 50.000mensen worden ge?vacueerd in ver-band met het vrijkomen van ammoni-akgas bij eenbrand ineenkunstmestsilo.De Rijn zitzo nu en danvol met gif. Ookin de bodem zit veel gif. In Love Canal,vlakbij de Niagara watervallen, stiervenmensen aan kanker en vonden vele mis-geboortes plaats als gevolg van het stor-ten van 20000 ton afval. Ongeveer 2500mensen moesten worden ge?vacueerd.Nederland heeft zo zijn eigen 'LoveCanals' zoals Lekkerkerken Vogelrneer.Het milieu wordt bedreigd en mensenvoelen zich bedreigd. Bedreigd door detechniek. En de technicus bouwt voort,misschien minder enthousiast danvoorheen, misschienjuist extra gemoti-veerd om die maatregelen te treffen, diemens en milieu adekwaat kunnen be-schermen tegen de negatieve gevolgenvan techniek en industrialisatie. Voor deciviel ingenieur, en zeker ook voor deCement 1988 nr. 10betonconstructeur, ligt hier een gewel-dige uitdaging en verantwoordelijk-heid. Een uitspraak van de RussischeStaatscommissie over het gebruik vanatoomenergie, een commissie die zichheeft beziggehouden met een analysevan de oorzaken van het ongeval inTsjernobyl, is in dit verband vermel-denswaard [1]:'The quality oftraining and retaining ofstaff needs to be improved and designand construction staffmust verify morecarefully the quality of plant compo-nents during manufacture, assemblyand adjustment during commissioning;their responsibility for the subsequent ef-fectiveness and safety of operating nu-clear power plants must be increased.'Waar in dit citaat wordt gesproken overontwerpers en constructeurs zal zekerniet alleen aan civiel ingenieurs en be-tonconstructeurs moeten worden ge-dacht. Zeker is echter wel, dat de beton-constructeur een grote verantwoorde-lijkheid draagt voor het gedrag van eenconstructie in de calamiteitenfase. Bijhetzoeken naarontwerpendieoptimalebescherming bieden aan mens en milieukomt men al snel terecht bij de risico-analyse. De risico-analyse is immers hetinstrument, waarmee de grootte van derisico's, respectievelijk de mate van vei-ligheid, wordt gekwantificeerd. Het isookde risico-analyse, waarvoor de over-heid in haar veiligheidsbeleid een zeerbelangrijke rol ziet weggelegd. Het isechtereveneens de risico-analyse, waar-op de laatste tijd veel kritiek is uitgeoe-fend. De kernramp in Tsjernobyl zouhebben aangetoond, dat risico-analysesonbetrouwbaar zijn. Een bewering die,eveneens met betrekking tot kernener-giecentrales, ook v??r het ongeval inTsjernobyl al wel eens was geuit (bijv.[6]).In het kort wordt op enkele facetten vandeze kritiek ingegaan. De aandacht zalvooral gericht zijn op de zeggingskrachten de betrouwbaarheidvan de risico-ana-lyse. De beschouwing hierover zal wor-den ge?llustreerd met een tweetal casus-sen, te weten 'Opslag van gevaarlijkestoffen' en 'Kernsmeltingsongevallen'.Vervolgens zal worden ingegaan op derol, die betonconstructies kunnen spe-len bij het beschermen van mens en mi-lieu tegen de gevaren die een sterk ge?n-dustrialiseerde samenleving met zichmeebrengt.RISICO-ANALYSE ENACCEPTATIECRITERIAIn een risico-analyse wordt het risico Rbepaald als het produktvan de kans P(F)op een ongewenste gebeurtenis en hetbijbehorende gevolg G:R ~ P(F)? GDe faalkans wordtmeestal uitgedruktin15ICONSTRUCTIEF ONTWERPde faalkans per jaar. Bij het vaststellenvan het gevolg wordt voornamelijk ge-keken naar hetaantalslachtoffers.Daar-om wordt het risico uitgedrukt inslachtoffer- aantallen per jaar. Delingvan dit aantal door de grootte van de re-levante risicogroep levert de sterftekansper persoon per jaar. Dit is de vorm,waarin het risico meestal wordt gepre-senteerd. Voor een aantal activiteiten isin tabel 1 het statistisch bepaalde risicovoor de burger aangegeven. Voor accep-tatie van een bepaalde activiteit zal hetbij die activiteit behorende slachtoffer-risico wordenvergeleken meteen maat-schappelijk reeds aanvaard risico, bij-voorbeeld met het verkeersrisico. Daar-bij wordt nog onderscheid gemaakt tus-sen vrijwillig en onvrijwillig aanvaarderisico's. Men streeft ernaar, om een on-vrijwillig aanvaard risico een factor 100? 1000 kleiner te houden dan een vrij-willig aanvaard risico.Het slachtofferrisico bedoelt een objec-tief criterium te zijn voor de beoorde-lingvan risicovolle activiteiten. De reac-ties op hetongevalinTsjernobyl hebbenechter laten zien, dat de vermeende ob-jectiviteit van dit criterium nog geengarantie vormt voor een voldoende crite-rium. Er blijkt m??r te zijn, dat ons oor-deel over risicovolle activiteiten bepaalt.Hiervoor werd reeds gewezen op hetvrijwilligheidsaspect, dat per activiteitsterk kan verschillen.Zo zit er aanveel activiteiten eenpolitiekaspect, dat op zowellocaal, nationaal alsinternationaal niveau een rol van bete-kenis kan spelen. Per activiteit kan hetmilieuaspect sterk verschillen. Het cultu-releaspectbehelstzowel mogelijkverliesvan historisch goed als het bedreigenvan bepaalde samenlevingen. In dit laat-ste geval valt te denken aan bedreigderendierculturen in Noord-Zweden, dienaar verluidt als gevolg van de ramp inTsjernobyl voor lange tijd ernstig ont-wricht zullen zijn en misschien zelfs ge-heel zullen verdwijnen. Het economischeaspect komt in ??n van de volgende pa-ragrafen uitvoeriger aan de orde.Beperkt men zich in een risico-analysevrijwel uitsluitend tot het bepalen vanhet slachtofferrisico, dan kan - tegen deachtergrond van de hiervoor gerele-veerde - maar nu niet beschouwde ge-volgaspecten, ook de zeggingskrachtvan een risico-analyse slechts een be-perkte zijn. Binnen de grenzen van dezebeperktheid kan een risico-analyse dannog betrouwbaar of onbetrouwbaarzijn. Op de recentelijk meerdere kerenin twijfel getrokken betrouwbaarheidvan de risico-analysewordtnu naderin-gegaan. Eerst enkele opmerkingen over16Tabel 1Overlijdensrisico voor verschillende ac-tiviteitenactiviteitvrijwillig:autorijdenrokenbergbeklimmengebruikanticonceptiepilonvrijwillig:overlijdens-risico17 10-550 10-54 10-52 10-5inslag meteoriet 6 10-11neerstorten vliegtuig 2 10-8bezwijken drukvat 5 10-8blikseminslag 1 10-7straling 1 10-7de 'spelregels', die bij de beoordelingvanrisico- en kanscijfers in acht moetenworden genomen. Daarna twee prakti-sche toepassingen.Risico-verificatie: theorieHet uitvoeren van een risico-analyse iseen mathematische bezigheid. De be-trouwbaarheid van achterliggendetheorie?n zal moeten blijken uit experi-menten. Wanneer de experimenten detheorie nietbevestigen kan daarvooreenaantal oorzaken zijn:- het verificatiemateriaal is onvoldoen-de qua omvang;- de experimenten zijn anders uitge-voerd dan waarvan in de theoriewas uitgegaan;- de theorie bevat principi?le fouten.Overeenstemming tussen theorie enex-periment behoeft overigens nog geens-zins het bewijs te zijn van de juistheidvan de theorie. Door een te klein aantalken van definitieve conclusies ten aan-zien van de betrouwbaarheid van ge-volgde theorie?n.Geheel analoog zal er ookvoor verifica-tie van de faalkans van bijvoorbeeld eenconstructie voor opslag van gevaarlijkestoffen ofvan de kans op een kernsmel-ting in een kernenergiecentrale, een mi-nimum hoeveelheid verificatiemateri-aal voorhanden moeten zijn alvorensmen harde conclusies kan trekken tenaanzien van de betrouwbaarheid vanfaalkansberekeningen en risico-analy-ses. Bij de beoordeling van uitsprakenover de betrouwbaarheid van risico-analyses met betrekking tot opslag vangevaarlijke stoffen en kernenergiecen-trales zal met name aan dit laatste puntruime aandacht moeten worden ge-schonken.Kansverificatie: praktijkCasus: Opslagconstructies voor gevaarlijkestoffenGasvormige energiedragers, zoals met-haan en propaan, kunnen, met als oog-merkeeneconomischewijzevan opslag,in vloeibare vorm worden gebrachtdoor het aanbrengen van een hoge druk(drukopslag) of een lage temperatuur(gekoelde, atmosferische opslag).Drukopslag vindt op dit moment vrij-wel uitsluitend plaats in stalen tanks.Drukopslagtanks hebben een bolvormof cilindrische vorm en een inhoud totca. 4000 m3? Gekoelde opslag vindtplaats in cilindervormige tankconstruc-ties, meestal bestaande uit een stalenbinnentank met daar omheen een be-tonnen veiligheidsconstructie [2] enhebben een opslagcapaciteit van welmeer dan 100.000 m3!flg. 2).experimenten uit te voeren kan een on- Voor de bezwijkkans van deze opslag-juiste theorie voor juist versleten gaan constructies vindt men in de open lite-worden. Zou men bijvoorbeeld voor de ratuur waarden van ca. 10-5 per opslag-kans op 'kop boven' bij een experiment eenheid per jaar [3]. Gaat men uit vanmet een gulden langs theoretische weg een geschat aantal in gebruik zijnde op-op de waarde 2/3 zijn uitgekomen, dan slageenhedenvan 100.000,welkbestandis het zeerwel mogelijk datbij driewor- over een periode van veertig jaar gelei-pen met een gulden inderdaad twee- delijk is opgebouwd, dan laat zich bijmaal kop boven komt, hetgeen dejuist- ,--______________,1[12]Frequentiequoti?nt, die behoortbij het experiment met de guldenheid van de theorie suggereert. Met drieworpen is men echter nog ver afvan hetvoor verificatie noodzakelijke mini-mum aantal worpen. I--------------------iVoorhet experiment met de guldenzul-len tientallenworpen nodigzijn om metenige zekerheid te kunnen vaststellendat de kans op 'kop boven'niet 2/3, maar1/2 bedraagt (ziefig. 1). Op basis van eenkleiner aantal gebeurtenissen, i.c. wor-pen, zijn in het algemeen al wel tenden-zen afte leiden, doch zal men nog zeervoorzichtig moeten zijn met het trek-0.6 ~EXPERIMENTVl 0.5 0/..............- - - - - - _ -zq:::t: 0.4f} -10.3 THEORIE: P,kop = 5.100.210 100 500 2000 SOOO 9000AANTAL WORPENCement 1988 nr. 10betona. DRUKOPSLAG b. GEKOELDE OPSLAGsmeltingen gedurende de eerder ge-noemde 4-500 reactOljaren 6 ? 8 hebbenkunnen zijn. Een overschatting van dewerkelijkheid dus met een factor 3 ? 4-.De hier gevonden verschillen tussentheorie en praktijk behoeven, evenminals dat in de voorgaande casus over op-slag van gevaarlijke stoffen het gevalwas, geen aanleiding te zijn voor het in1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 twijfel trekken van de betrouwbaarheid2 Schematische weergave van druk- van de risico-analyse. Enerzijds omdaten gekoelde opslag de verschillen daarvoor te klein zijn, an-L -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _- - ' derzijds omdat de hoeveelheid verifica-een faalkans van 10-5per eenheid perjaar, een faalfrequentie berekenen van5 . 10-1perjaar. Dit zou neerkomen op20 ongevallen in de afgelopen veertigjaar. In werkelijkheid zijn er in deze pe-riode enkele honderden opslageenhe-den bezweken [26], wat neerkomt opeen faalkans met orde-grootte 10-4inplaats van de aangenomen 10-5per een-heid perjaar.Vooreenonderzoeknaar de oorzaakvandit verschil tussen theorie en praktijkvan de risico-analyse is dan niet meermogelijk.Volledigheidshalve wordt nog opge-merkt, dat hetverschil tussen de theore-tische en de werkelijke faalkans van nietmeer dan ??n orde van grootte veelalge?nterpreteerd zal worden als een goedresultaat. Opgrondvanvoorliggend cij-fermateriaal zal dan ook eerder tot be-trouwbaarheid dan tot onbetrouwbaarheidvan de faalkansberekeningen wordenbesloten.moet eerstworden gekeken naar de hoe- Casus: Kernsmeltingsongevallenveelheid verificatiemateriaal. Een aantal In figuur 3 is voor een aantal kernener-van enkele honderden bezweken tanks giecentrales de theoretische kans op eenlijkt vooralsnog voldoende voor een kernsmelting aangegeven. Van het me-enigszins betrouwbare verificatie. Er is rendeel van de beschouwde centralesdan ook eerder reden om het gesigna- zou de kans hierop liggen tussen 10-5enleerdeverschil tussentheorie enpraktijk 10-4per reactorjaar. Op dit moment zijnte zoeken in de wijze waarop het'expe- ca. 4-50 kernenergiecentrales in gebruik,riment' is uitgevoerd.Belangrijkis in dit goed voor in totaal 4-500 reactorjaren.verband het gegeven, dat van het aantal Statistisch zouden er gedurende dezebezweken tanks het merendeel is be- 4-500 reactorjaren 0,04-5 ? 0,4-5 kern-zweken als gevolg van een domino-ef- smeltingen mogen plaatsvinden. Gere-fect. Door tanks dicht bij elkaar in een gistreerd staan momenteel de gedeelte-tankpark te plaatsen zonder ze te ont- lijke kernsmelting in Harrisburgh entiemateriaal, bestaande uit 'slechts' tweekernsmeltingen, voor een gedegen oor-deel over de betrouwbaarheid van de ri-sico-analyse volstrekt onvoldoende is.Dit laatste punt, het onvoldoende zijnvan het verificatiemateriaal roept overi-gens wel een klemmende vraag op. Na-melijk, of het wel acceptabel is om hetaantal kernsmeltingen te laten oplopentoteenaantal, datw?lvoldoende grootisom op grond daarvan ooit tot het al danniet betrouwbaar zijn van een risico-analyse te kunnen besluiten.Volgens velen is dit volstrekt onaan-vaardbaar. Anderen stellen evenwel, datvoor het garanderen van een zeker ni-veau van welvaart, offers nu eenmaalonvermijdelijk zijn. Voor hen is het eenkwestie van een kosten/baten analyse.Het veiligheidsprobleem wordt eeneconomisch probleem. En zo komt heteerder genoemde economie-aspect inbeeld.ECONOMIEwerpen op extreme belastingen die bij die in Tsjernobyl. Het verschil tussen Economie in engere zinbezwijken van ??n van de tanks op na- theorie en praktijk bedraagt dus ca. ??n Wie in zijn oordeelover risicovolle acti-burige tanks worden uitgeoefend (ex- orde van grootte. viteiten behalve het slachtofferaspectplosie, impact, brand), wordt de kans dat Het Oak Ridge National Laboratory ook het economie-aspect betrekt,er per ongeval meer dan ??n tank be- geeft voor de kans op een ongeval als in maakt zijn oordeel stellig evenwichti-zwijkt, aanzienlijk vergroot. Voor de Harrisburgh waarden, die aanzienlijk ger. De zaak wordt er echter niet een-conditionele kans op bezwijken van ??n groter zijn dan de waarden van figuur 3, voudiger door. Het blijft nog relatieftank, datwil hier zeggen de kans dat een namelijk5' 1O-3?1,7?10-3[6].Opba- simpel, zolang onder economie niettank bezwijkt omdat een naburige tank sis van deze cijfers zou het aantal kern- meer dan een kosten/baten analysebezwijkt, is op grond van een analyse wordt verstaan, met daarin uitsluitendvan tankongevallen een waarde van ,-------------------, aandacht voor materi?le zaken. WeO35 0 95 b k d [1115]3 Theoretische kans op een kern- k d . ., ..., ere en ,. spre en an over econonue ln engereD h ks . smelting voor verschillende kern- d b h b Ioor et concentreren van tan m een zin. Het gaat aar ii om et epa envanenergiecentrales (uit [14]) :Jtankpark zonder de consequenties hier- 1-----------------1 het optimum van investerin~skosten envan voor de faalkans van de tanks in de het gekapitaliseerde risico (fig. 4). Voorrisico- analyse mee te nemen, heeft men l?4het bepalenvan dit optimum dient menin wezen een discrepantie gecre?erd te beschikken over onder meer de faal-tussen de theorie en de wijze waarop het 10-5 kans van een constructie, een systeem ofexperimentwordt uitgevoerd. Hierdoor een proces, en over de geprognosticeer-wordt aan ??n van de randvoorwaarden de schade-omvang. Aan de faalkansvoor een gedegen oordeel over de be- l?6werd in de voorgaande paragraaf aan-trouwbaarheidvan de theorie, i.c.vande dacht geschonken. Hier beperken werisico-analyse, niet meervoldaan en een ons tot een enkele opmerking over dehard oordeel over de betrouwbaarheid schade-omvang.Cement 1988 nr. 10 17ICONSTRUCTIEF ONTWERPOPTIMALISATIE KROMMEGEKAPITALISEERD~AFNEMENDE FAALKANS (logl4 Grafische weergave van de kosten-baten analyseTer indicatie van de schade-omvang bijindustri?le ongevallenis in figuur Sa hetaantal ongevallenin delaatste dertigjaarmet een directe schade groter dan $10.000.000 aangegeven. Figuur sb laatvoor dezelfde ongevallen zien, datde di-recte schade per ongeval de tendens ver-toont toe te nemen. (N.B. schadebedra-gen gecorrigeerd voor inflatie; prijspeil1984, naar [24]).Figuur 6 geeft een schatting van de di-recte schade enschade op termijnvan dekernramp inTsjernobyl.Alleen de scha-de in de Sovjet Unie is hier beschouwd.De lange termijn schade betreft dervingvan landbouwrevenu?n in het gebiedrond Tsjernobyl: een agrarisch gebied,in staat tot voedselproduktie voor ca. 10miljoen mensen! Bedenkt men, datvoorde kosten van het ongeval in Harris-burgh reeds een bedrag van $ 45 miljardis genoemd, dan mag worden gevreesddat figuur 6 nog een zeer optimistischbeeld van de werkelijkheid geeft.NAantalongevallen.N I> 10.000.00011954 -1~63 1964-1973 1974 -19835 Ongevallen met directie materi?leschade groter dan $ 10.000.000 (a);daarin wordt door vermenigvuldigingvan zeer grote getallen (grote slachtof-feraantallen per gebeurtenis) metkleinekansen van optreden, een catastrofalegebeurtenis acceptabel 'gerekend'. Inbeide analyses wordt geopereerd vol-gens een zelfde stramien, waarbij dedreiging van het onacceptabele blijft,omdat geen plafond wordt ingebouwdvoor de omvang van de calamiteit.Dit laatste suggereert de wenselijkheid,ofliever noodzaak,vancriteriawaarmeegrenzen worden gesteld aan de omvangvan een calamiteit. Dergelijke omvang-criteria waarvoor in de literatuur reedsenkele voorstellen zijn te vinden, zou-den betrekking moeten hebben op on-dermeer de slachtofferaantallenper on-geval [26], de omvang van de materi?leschade [17] en de grootte van de in-vloedssfeer van een calamiteit.Economie in bredere zinVolgens de Larousse encyclopedie iseconomie een onderdeel van de socialeHet is inherent aan de wijze waarop een wetenschappen. Kennelijk heeft econo-kostenJbaten analyse wordt uitgevoerd, mie niet alleen een financi?le, maar ookdat een calamiteit met een schade van een sociale functie. In de Winkler Prinsenorme omvang toch binnen de catego- encyclopedie van 1922 wordt dit onderrie van acceptabele ongevallen komt. In 'Staathuishoudkunde' als volgt onderprincipe is zelfs elke schade-omvang ac- woorden gebracht:. ceptabel, mits de frequentie waarmee de 'Staathuishoudkunde is de wetenschapschade optreedt maar laag genoeg is. De die zich bezighoudt met de volkswel-kostenJbaten analyse onderscheidt zich vaart. Zij onderzoekt de oorzaken daar-hiermee niet van de risico-analyse. Ook van en geeft de middelen aan om die te1-------------------, verhogen. Onder volkswelvaart moetnietuitsluitend stoffelijkewelvaartwor-den begrepen, ook ide?le zaken makendaarvan deel uit. Als men vroeger (NB6 Schade-ontwikkeling kernramp inTsjernobyl (prijspeil 1987, ongecor-rigeerd voor inflatie)I - - - - - - - - - - - - - - - - - - { geschreven in 1922, KvB) van staathuis-40 I---t---t---+--+--+--20 I---t--t----:10o 5 10 15 20 jaar18houdkunde sprak als de leer van demaatschappelijke rijkdom, dacht menuitsluitend aan die stoffelijke welvaart;vandaar dat het beter is in eene definitievan staathuishoudkunde het woordrijkdom niet te noemen.'Wie dit citaat uit 1922 leest moet welconstateren dat er weinig nieuws is on-der de zon. Steeds vaker hoort men ook$40 Direkte maferi?le scoode I ongeval.106o~~~~~~~~~~~~-.-1954 -1963 1964 -1973 1974 -1983gemiddelde directe schade per ongeval(b)nuzeggendatdevolkswelvaart, inweer-wil van de grote stoffelijke welvaart diewordt genoten, eerder afneemt dan toe-neemt. Factoren die zeer negatiefop devolkswelvaart inwerken, zijn veelal vanide?le aard. E?n van die factoren is deaanwezigheid van dreiging: Bhopal,Mexico, Tsjernobyl, Lekkerkerk enz.Het zijn evenzovele blijken van de scha-duwkantenvan de techniek, en als zoda-nig oorzaken van het gevoel door dezetechniek te worden bedreigd.Wie een bijdrage wil leveren aan devolkswelvaart, aan economie in de oor-spronkelijke en brede zin van hetwoord,zal moeten streven naarhetweg-nemen of terugdringen van deze drei-ging. Dit vraagt, uitgedrukt in heden-daagsjargon, om een deterministischgeac-centueerdebenadering van de problema-tiek. Overigens niet in plaats van, maarnaast een probabilistische benadering.De probabilistische en deterministischebenadering zijn hier niet exclusief, maarcomplementair! (ook [4]).BETONCONSTRUCTIESEN CALAMITEITEN-BESTRIJDINGBeton is ??n van de meest flexibele enveelzijdige bouwmaterialen die we ken-nen. Het leent zich goed voor construc-ties waaraan hoge eisen worden gesteldten aanzien van explosie, impact- enbrandbestendigheid. Constructie-afmetingen zijnvrijwel onbeperktwan-neer voorspantechnieken worden toe-gepast. Door toevoeging van hulpstof.-fen of gebruik va.n bijzondere toeslag-materialen kan aan het beton een breedscala van eigenschappen worden mee-gegeven en daarmee kan het geschiktworden gemaakt voor opslag ofopvangvan bijvoorbeeld agressieve stoffen. De-ze veelzijdigheid van beton en van be-tonconstructies biedt belangwekkendeperspectieven voor een deterministischgeori?nteerde bestrijding van calami-Cement 1988 nr. 10teiten. Drie gebieden waar betoncon-structies zinvol lijken, resp. reeds zinvolzijn gebleken, worden beschouwd: op-slag van gevaarlijke stoffen, kernener-giecentrales en opslag van vast afval.1. Opslag gevaarlijke stoffenGememoreerd is reeds de toepassingvan betonnen veiligheidsconstructiesvoor opslagsystemen voor tot vloeistofgekoelde gassen. Deze veiligheidscon-structies beschermen de primaire stalen120t [cm)80t--~--I!--=""""'--f,ao40 4.0o 2000 4000 6000 8000capaciteit [m3)opslagtank tegen extreme uitwendige 7 Concept voor drukvaten inbelastingen, terwijl in geval van onver- voorgespannen beton - systeemb. wanddikte als fuctie van deopslagcapaciteit;hoopt bezwijken van de primaire tank, Dywidag [8]:de omhullende veiligheidsconstructie a. doorsnede van een bolvormigc. lay-out voorspankabelsdrukvat;de uitstoot van explosief, brandbaar of 1 - - - - - - - - - - - - - - - - ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1giftig gas voorkomt ofbeperkt [10, 17].Vrij nieuw, en daarom bijzonder ver-meldenswaard, zijn de ontwikkelingenop het gebied van betonnen drukvaten.Met name de LPG-ramp in Mexico,waar als gevolgvanhetoptredenvan do-mino-effecten ca. 45 stalen drukvatenzijn bezweken, heeft ontwerpers ertoegestimuleerd alternatieven in voorge-s,eannen beton uit te werken (o.a. [8, 13])(fig. 7).De grote impact-, explosie- en brand-bestendigheid van betonnen drukvatenzal de kans op domino-effecten aan-zienlijk doen afnemen [5]. Uit Amerik-40dollars/Barrel35'--stalel drukLten....... a ..../'I', ... b' ....-=----=-1=---1----=-30betonnen drukvata-----b__---r-- ,;....--25~3 4 5 6 7140kosten [0/0)120betonnen drukvatl stalen \,Ukvat.~"""-- 1f!1i7--r---~h r--~-10080604020IAD -MERKBL?TTER Iaanse en Duitse studies blijkt tevens dat diameter/hoo tedrukvaten invoorgespannen beton - af- 1-__________.::....:..::--'-'...:...::.."-'iLc.::.....-_ _ _ _ _ _ _ _ _-=:.::=:.:::.:..:=-=~__--Io 1000 2000 3000 40005000 60008 Vergelijking van kosten voorstalen en betonnen drukvaten (bronnen [8, 13])hankelijkvan het tankvolume - voorde-ligerzijn dan stalen drukvaten (fig. 8J.Decombinatie van grotere veiligheid en la- ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1gere kosten lijkt een voldoende voor- gende voorbeeld. Ondenkbeeldig zijn belastingenpakket tot een noodzaak.waarde om voor drukopslag in beton- dergelijke belastingen allerminst. In de Het niet bestand zijn van een centralenen tanks een belangrijke toekomst periode 1947-1980 stortten er in totaal tegen vliegtuigval moet als een onveili-weggelegd te zien. bijna 5000 vliegtuigen neer, ongevallen ge, zo niet onaanvaardbare situatiewor-2. Kernenergie-centralesDe ons quavormbekendebetonnenvei-ligheidskoepels bij kernenergiecentra-les hebben een functievergelijkbaar metdie van veiligheidsconstructies voor op-slag van gevaarlijke stoffen. De aanwe-zigheid van een dergelijke koepel voor-komt een ongecontroleerde uitstootvanschadelijk, in dit geval radioactiefmate-riaal, dat bij een ongeval in de centralekan vrijkomen en beperkt zo de gevol-gen van onverhoopt falen. Gesteldwordtwel dat door de aanwezigheidvaneen betonnen koepel het risico voor desamenleving, uitgedrukt in de sterfte-kans per persoon perjaar, met een factorduizend afneemt.Behalve ter beperking van de gevolgenvan een ongeval inde centrale zelf, dientde betonnen koepel ook voor het be-schermen van het inwendige van decentrale tegen buitengewone externebelastingen. Neerstortende vliegtuigenzijn hiervan het meest in het oog sprin-Cement 1988 nr. 10in China en de Smjet Unie niet meege- den gekenschetst. Voor een kernener-rekend. Tabel 2 geeft de kans op het giecentrale is dit evident. Volgens Bu-neerstorten van een vliegtuig in een ge- reau Veritas zouden ook opslagcon-bied van 10.000 m2? Ter illustratie zijn in structies voor gevaarlijke stoffen opdeze tabel voor verschillende vliegtuig- vliegtuigval moeten worden berekendtypen tevens de belasting/tijd diagram- [19]. De vraag ofmen hier met een on-men weergegeven. voorwaardelijke eis tot het in beschou-De ernstige gevolgen, die het neerstor-ten van een vliegtuig op een kernener-giecentrale zou kunnen hebben, makenhet opnemenvanvliegtuigimpactin hetTabel 2Belasting/tijd diagrammen voorvliegtuigval en de kans op eendergelijke gebeurtenis, in een gebiedvan 10000 m 2per jaarBelasting/tijd diagrammen voorneerstorten vliegtuigen naar [21]100 [\PI')(j)~ r--,0,-(' \ 1 PhOfllom" \ 280....'lQ10750 (i:----@ ,,/ \ lStorl"f'trr1\ I '\ / \, 4F 16o .f'.:ay--S_------' '--------,o 100 200 300 m~wing nemen van vliegtuigval niet te veris gegaan, wordt hier in het midden ge-laten. Het geeft evenwel aan, dat hetvliegtuigvalbestendig ontwerpen opmeerdere terreinen als een noodzaakwordt gezien. Een noodzaak, waarop inde vorm van betonnen veiligheidscon-structies een adekwaat antwoord kanworden gegeven.kans op neerstorten vliegtuignaar [22] per 10.000 m 2/jr.militair toestel 2,5 10-6civiel toestel 8 . 10-819ICONSTRUCTIEF ONTWERPverzameltank~~Eof)"i..[. -W 200mbovenaanzichtteelaarde +10.00I ~~l~==~l~~~~verzameltank 7beschermingsplaatwaterdichte bodemvan een risico-analyse aan de orde zou-den moeten komen, kon worden afge-zien. Het zijn overigens wel met namede laatstgenoemde factoren, die in be-langrijke mate bepalend zijn voor dezeggingskracht van een risico-analyse(zie ook [22, 23]).Het zou bepaald onjuist zijn om te stel-len, dat alles wat met risico's en veilig-heid te maken heeft te herleiden zouzijn tot civiel-technische ontwerpprin-cipes. Nog minder zou de stelling ge-rechtvaardigd zijn, dat met betoncon-structies elk milieu- en veiligheidspro-bleem kan worden opgelost. Daarvoordoorsnede A-A1----------------------------------1 heeft de onderhavige problematiek te9 Bovengrondse opslagconstructievoor vast afval. capaciteit100.000 m 3 [16]; links: bovenaanzicht enverticale doorsnede, rechts:wandconstructie met bodem- endakdetails 10 Cirkelcilindrischeopslagconstructies voor vastafval in voorgespannen beton [9]horizontaal verticaal3. Opslag van vast afValMisschien minder spectaculair, maardaarom van niet minder groot maat-schappelijk belang, kan in de nabije toe-komst de toepassing worden van beton-constructies in de strijd tegen de bo-demveront- reiniging. De niet of nau-welijks voorspelbare chemische reactiesdie in bepaalde soorten afval in de loop.der jaren kunnen plaatsvinden en dedaarmee samenhangende risico's voormens en milieu, nopen tot gecontro-leerde opslag. Diverse ontwerpen voorbetonnen opslagconstructies voor vastafval zijn de afgelopen tijd in de vakpersbeschreven [7, 9, 16]. Figuur 9 toont eenontwerp voor bovengrondse opslag meteen capaciteitvan 100.000 m3. De wan-den zijn in beton uitgevoerd, terwijl debodem hetzij uit beton, hetzij uit eenmeerlagen systeem op asfalt-basis be-staat. Voor eveneens bovengrondse op-slag heeft Bomhard [9] een ontwerpvoorgesteld invoorgespannen beton (fig.10). De wandopbouw is zodanig datdoor agressief afval aangetaste binnen-wandelementen eenvoudig kunnenworden vervangen.20WAND-DOORSNEDE A-ADichtheid, inspecteerbaarheid en repareer-baarheid zijn voor dit soort constructiesbelangrijke ontwerpcriteria. Daarnaastzal de impact op het landschap mini-maal moeten zijn. Landschapsvriende-lijke ontwerpen, die tegelijkertijd vol-doen aan proces- en constructief-technische eisen en bovendien ook nogbetaalbaar zijn, vragen om nauwe sa-menwerking tussen een groot aantaldisciplines. Een samenwerking, waarinde constructeuren de materiaalkundigeeen zeer belangrijke rol kunnen enmoeten spelen.BESLUITBij de beoordeling van de betrouwbaar-heid van de risico-analyse hebben weons beperkt tot een zogenaamde fre-quentistische beschouwing. Deze een-voudige benadering bleek voldoendeomenkele recente, project-gerichtekri-tieken te weerleggen. Van een meer ge-detailleerde beschouwing, waarin .ookde rol van het menselijk falen en dedeugdelijkheid van de uitgangspuntenzeer een interdisciplinair karakter. On-miskenbaar is evenwel het feit dat be-tonconstructies een belangrijke rolkunnen spelen bij het beperken van deomvang van de gevolgen van een cala-miteit en zo een zinvolle bijdrage kun-nen leveren aan de bescherming vanmens en milieu. Het is de opdracht vande HP-werkgroep 'Concrete Structuresfor Environmental Protection' omvoorstellen te doen voor diverse typenbeschermingsconstructies en deze con-structief uit te werken. Dat in deze op-dracht de grootte van de kans op een ca-lamiteit geheel buiten beschouwing isgelaten, en alle aandacht wordt gecon-centreerd op de bestrijding van de ge-volgen, mag niet worden uitgelegd alswantrouwen ten aanzien van de be-trouwbaarheid van risico-analyse enfaalkansberekeningen. Veeleer getuigthet van vertrouwen in de betrouwbaar-heid van met name faalkansberekenin-gen. Een zelfde vertrouwen, dat Balde-wicz, de risico's van kernenergie bespre-kend in het licht van stuwdamongeval-len, tot de uitspraak heeft gebracht [18]:'It has beenjudged(op basisvan risico-analy-ses, KvB) thatfor damsfatalities over200 ti-mes those atjohnston (> 2000fatalities) arepossible. This kind cfinformation suggeststhat past dam failures are merely precursorevents, that the population has so far beenlucky and that the worst eventisyet to come!'In juni 1986 verloor een Westduitsestraaljager een brandstoftank. De tankkwam neer tussen twee huizen in hetdorpje Ingen. Ingen ligt hemelsbreedongeveer twintig kilometer van Dode-waard. (N.B. Dodewaard bezit geen vei-ligheidskoepel).In maart 1988 botsten twee Mirages vande Franse luchtmacht tegen elkaar. E?ntoestel stortte neer op nog geen twee ki-lometer afstand van de kernenergiecen-trale in Isar.Precursor events ? Alleen de toekomstkan ons dat leren. Vooralsnog moetenwe het doen met wat het verleden onsleert. Het verleden, dat ons met zijn re-Cement 1988 nr. 10I IONDERZOEK IBETONTECHNOLOGlEALKALI-SILICAREACTIENU OOK IN BELGI??drs.L. De Ceukelaire, Rijksuniversiteit GentLaboratorium voor Mineralogie, Petrografie en MikropedologieLaboratorium Magnel voor Gewapend BetonDe alkali-silicareactie is een van de meest gevreesde vormen van aantasting vanbetonnen bouwwerken. In de Verenigde Staten werd deze uiterst destructieve reactietussen bepaalde toeslagmaterialen en alkali?n in het beton reeds in de j aren veertigvastgesteld. Sindsdien werden de symptomen gesignaleerd in o.a. Canada, Australi?,Zuid-A:&ika, Denemarken, West-Duitsland en Groot-Brittanni?. Tot nog toe werddeze aantastingsvorm van beton nog niet uitgebreid beschreven ofaangetoond inBelgische bouwwerken. Deze bijdrage levert de bewijzen dat ook hier eenalkali-silicareactie niet mag worden uitgesloten als mogelijke oorzaak vanbetonschade.Betonpetografie is een relatiefnieuwe wetenschap. Het kandaarom nuttig zijn om deze on-derzoeksmethode nader toe te lichten.De petrografie is de wetenschap die zichhetbeschrijvenvan natuurlijke gesteen-ten totdoel stelt.Ditgebeurtvoorname-lijk met behulp van microscopie-tech-vervolg van blz. 20cente industri?le calamiteiten en de onsachtervolgende milieuproblematiekplaatst voor, zoals Bomhard het uit-drukt, 'Neue Aufgaben f?r den Beton-bau' [25]. Met deze wijze van zeggenheeft Bornhard de onderhavige proble-matiek op dejuistewijze getoonzet. Hetgaat niet om negatieve kritiek op kwets-baar gebleken concepten, maar om eenpositief inspelen op een problematiek,die inherent is aan schaalvergroting enintensivering in techniek en industriali-satie. Een problematiek, die in de eersteplaatsvraagt om bezinningop enbijstel-ling van normen en criteria voor intro-ductie en!ofvoortzettingvanrisicovolleactiviteiten.Vervolgens vraagt zij om constructieveantwoorden, constructiefin de dubbelebetekenis van het woord, om aan dezenormen en criteria te voldoen. Hier ligteen uitdaging voor velen, en zeker nietin de laatste plaats voor de betoncon-structeur: 'Neue Aufgaben f?r den Be-tonbau'.Cement 1988 nr. 10nieken. Daarbetongoed tevergelijkenismet een kunstmatig samengesteld ge-steente, komen de petrografische on-derzoeksmethoden ook bij het bestude-ren van beton goed tot hun recht.In deze optiek startte het Laboratoriumvoor Mineralogie, Petrografie enMikropedologievandeRijksuniversiteitLITERATUUR1. USSR State committee on the utilisation ofatomic energy, The accident at the Chernobylnuclear power plant and its consequences;Vienna, August 1986 (Working document)2.Breugel,K. van, Overdeveiligheidvan de op-slag van gevaarlijke stoffen, Cement 1983 nr. 4,pp.228-2343. Kunreuther, H.C., Linnerooth,J., Risk analy-sis and decision processes, Springer Verslag,1983,p.2904. Lagadec, P., Major technological risk, Pergo-man Press, Oxford, 19825. Ramler, JP.G., Taff~n, E., Domino-effectvoor LPG opslag-terminal, TU Delft, 19876. Cooke, M.,Risico-analysekernenergieonge-loofwaardig, De Ingenieur 1984 no. 6, pp. 52-537. B?chel, R, Umweltschutz in Beton, Aufga-ben und Beispielen, Beton, Heft 5 1987,pp. 185-1908. Bomhard, H., Concrete pressure vessels - thepreventive answer to the Mexico City LPG-di-saster, Gastech 86, Proc. pp. 415-527, GastechLtd, 19879. Bomhard, H., Deponiersysteme f?r vorbe-handelte und nicht vorbehandelte Abfille,Aachen,198610.Breugel, K. van, Potentialities ofconcreteinstorage systems for liquefied gases and hazar-.dous products, PIPSymposium., NewDelhi,vol4, 1985, pp. 80-98.11. Breugel, K. van, Concrete and the economyof hazard protection, Edinburgh, September198712. Soest, J van, Elementaire statistiek, Delft,198713. Composite concrete and steel high pressurevessels for general industrial use,ACI Commit-te Gentin 1985 methetontwikkelenvandeze speciale discipline. Naast de sa-menwerking met het LaboratoriumMagnel voor Gewapend Beton (even-eens RUG) zorgden de contacten methet Onderzoekscentrum voor de Ce-mentn?jverheid en met buitenlandseexperts uitdeVerenigdeStaten,Canada,tee 361,State-of-the-art-report,ACI-361,R-8614.Hetongeval bij Tsjernobyl: oorzaken, gevol-gen en maatregelen, KIvI-Kerntechniek, ISBN90-353-1002-0, 198715.Breugel,K. van, Domino effects inlarge sca-Ie storage facilities, Symp. Prevention and con-tainment of large scale industrial accidents,Rotterdam,juni 1987, pp. 135-13916. Fensch, L., Beton-Hochdeponie mit Lang-zeitsicherheit: Ein Konzept zur Sonderm?llla-gerung, Beton, Heft 5 1987, pp. 191-19417. Bomhard, H., Concrete structures as a pre-ventive answer to environmental catastrophes,IABSE-Congress, Versailles, September 198718. Baldewicz, Wl., Dam failures: insight ranuclear power risks, Low probability/High-Consequence Risks, plenum Press, 1984, pp.81-9019. Liquefied gas storage installations under at-mospheric pressure, Bureau Veritas, GuidanceNote, NI 002 CMI, October 198420. Philips, D.w., UK-aircraft crash statistics -1981 revision, SRD-report R-198, 198121. Ramler, JP.G., Belastingen en effecten tengevolge van impact, TU Delft, februari 198822. Sitter, W.R de, Veiligheid, Cement 1981 nr. 4pp.262-26623. Strating, J, Veiligheid nader beschouwd,Cement 1981 nr. 10, pp. 669-67124. Manuele, FA., One hundred largest losses -A thirty year review ofproperty damage lossesin the hydrocarbon - chemical industry, LossPrevention Bulletin 038, pp. 1-1125. Bomhard, H., Neue Aufgaben f?r den Be-ranbau, Beton, nr. 3 1988, pp. 99-10326. Strating, J, Filosofie van de veiligheid,SPDCT, Delft 198321