A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pD uur zaamheidcement 2006 222ir. A.Q.C. van der Horst en ir. W.J. Bouwmeester-vanden Bos, Delta Marine ConsultantsIn het vorige artikel is ingegaan op het nieuwe opdrachtgeven. Door deze andere manier van marktbenaderingverandert ook de inhoud van het verwerven en realiserenvan projecten. Infrastructurele projecten worden vianieuwe contractvormen als D&C (design en construct),DBM (design, build en maintain) en DBFM (design, build,finance en maintain) aanbesteed. In deze nieuwe con-tractvormen worden de eisen veelal op een abstractniveau geformuleerd. De opdrachtnemer zal deze eisenmoeten omzetten naar concrete specificaties.In dit artikel wordt ingegaan hoe specificaties kunnenworden gemaakt aan de hand van eisen uit het PvE (pro-gramma van eisen). Gezien het thema van dit nummervan Cement is de aandacht gericht op de verhardingsbe-heersing van beton.Het nieuweopdracHtnemen1 |Voor de betonnen kunst-werken in de A59, zoalshier bij Maliskamp, geldteen levensduur van tach-tig jaarA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pD uur zaamheidcement 2006 2 23In het PvE zijn de eisen aan de constructie gedefi-nieerd. Het abstractieniveau hiervan kan zeer hoogzijn. Het is mogelijk dat zelfs de materiaalkeuzevoor de constructie vrij wordt gelaten. Het woordbeton kan dan zelfs in het PvE ontbreken, hooguiteen generieke verwijzing naar normen en richtlij-nen die moeten worden gebruikt.Wat voor eisen worden dan w?l aangetroffen in eenPvE? Veel contracten die op de markt zijn, bevatteneen eis aan de levensduur van de betonnen kunst-werken. Daarnaast bevatten contracten waarbij deconstructie gedurende een periode instandgehou-den moet worden, een eis aan de beschikbaarheidvan de infrastructuur.E i s e n u i t P v EDe eis aan de levensduur houdt in dat constructiesgedurende de gevraagde tijdsperiode voldoen aanalle eisen die gesteld zijn. Omdat degradatiemecha-nismen vroeg of laat tijdens de levensduur wordenge?nitieerd, moet de ontwerper weten welke degra-datie zich zal voordoen, hoe het verloop ervan zalzijn en hoe daarop door ontwerp-, uitvoerings- ofonderhoudsmaatregelen moet worden geantici-peerd om te voldoen aan de abstracte eisen van hetPvE.In de huidige normen (VBC) is als referentieperio-de voor de belastingen vijftig jaar gegeven. Er wordtvanuit gegaan dat een constructie die gebouwd isop basis van de eisen uit de VBT en VBU, in staatmoet zijn ten minste te voldoen aan deze levens-duur.In het PvE van HSL-Zuid staat als eis genoemd datde kunstwerken een ontwerplevensduur van hon-derd jaar moeten hebben. In de later op de marktgekomen bestekken, zoals de ombouw van de snel-weg A59 bij Rosmalen is een levensduur van tach-tig jaar gevraagd voor de betonnen kunstwerken(foto 1). Deze eis komt ook terug bij het PvE van deverdubbeling van rijksweg 31 Leeuwarden-Drach-ten (foto 2).Om een constructie te bouwen met de gevraagdelevensduur, zal mogelijk een aanpassing van de eisenuit de normen noodzakelijk zijn. In geval van eencontract met onderhoud moet worden gezocht naarhet optimum in kosten, beschouwd over de gehelelevensduur of overeengekomen periode. Onder dieomstandigheden speelt vaak ook de complexe relatietussen de onderhoudsstrategie en beschikbaarheidvan de constructie een prominente rol.In een contractvorm, waarin ook het onderhoudvan de infrastructuur is opgenomen, wordt een eisgesteld aan de beschikbaarheid. In het contractvan de bovenbouw van de HSL-Zuid is bijvoor-beeld een beschikbaarheid van 99,46% gevraagd(foto 2). In het contract van de ombouw van desnelweg A59 bij Rosmalen is de beschikbaarheidin het contract verwerkt door per rijstrookafzettingeen reductie op de beschikbaarheidsvergoeding inrekening te brengen.De beschikbaarheid van de infrastructuur is daar-mee de basis voor de betaling van het project. Bijvoldoende beschikbaarheid wordt het overeenge-komen bedrag betaald, bij onvoldoende beschik-baarheid wordt het bedrag met een korting betaald.Een betrouwbare prognose van de beschikbaar-heid is dan ook van groot belang. En daardoorspeelt de betrouwbare beschrijving van de degra-datiemechanismen een prominente rol om tot eenoptimale afweging te komen inzake de onder-houdsstrategie. Daarmee is Life Cycle Manage-ment van ontwerp tot sloop (of overdracht) promi-nent aanwezig in het nieuwe opdracht nemen vanciviele constructies.L i f e C y c l e M a n a g e m e n tLife Cycle Management heeft de volgende kenmer-ken:? door de koppeling van de kosten in de tijd kaneen optimalisering van de integrale kosten (somvan de kosten van de aanleg en het onderhoud)bereikt worden;? het gedrag van de constructie in het gebruikssta-dium moet voorspelbaar en betrouwbaar in detijd aangegeven worden;? op basis van het gedrag moeten onderhoud- enherstelstrategie?n ontwikkeld worden.LCM is daarmee het antwoord op de vraag die in deeisen zit opgesloten.Het vernieuwende van LCM is de integrale levens-cyclusbeschouwing: een optimalisatie door integra-tie van ontwerp, uitvoering en instandhouding vanconstructies. Dit is in tegenstelling tot traditionelecontracten, waar de tijdas de informatiestroom enconsequenties van beslissingen domineerde. Bij denieuwe contractvormen behoren kennis en inzichtvan alle fasen te worden ingebracht, direct bij aan-vang van de conceptvorming, om de optimalisatieover de levensduur mogelijk te maken. En daarmeewordt de tijdas doorbroken en ontstaan cyclischeontwerpprocessen. De beheersing daarvan is eenspecifiek aandachtspunt, maar valt buiten de con-text van dit artikel.LCM is dus het streven, maar dit is voor gewapendbeton helaas nog niet in volle omvang beschikbaar.De ontwikkeling van een dergelijk systeem, gevali-deerd en wel, zal nog jaren in beslag nemen. Tochwordt op dit moment binnen de geldende beper-king invulling gegeven aan de eisen van het PvE.Hierbij wordt uitgegaan van de LCM-systematiek inzijn algemeenheid en is deze voor zover mogelijkingevuld op basis van de huidige stand der tech-niek. Voor gewapend beton houdt dit in dat er spe-A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pD uur zaamheidcement 2006 224cifieke aandacht is bij de conceptvorming en hetontwerp (design for servicelife) en tevens bij deuitvoering van de werken (construction for servicelife). In de interactie tussen ontwerp en uitvoeringvinden we kritische succesfactoren, in het Engelsbekend als de `four critical C's':? cover;? concrete mix;? curing / compaction;? cracks.Op deze vier factoren wordt kort ingegaan.Cover90% van de schadegevallen van gewapend betonbetreft corrosie van wapening. Dit is daarmee hetbelangrijkste degradatiemechanisme. Corrosievan de wapening kan zowel door carbonatie (CO2)als door chloriden (Cl-) worden ge?nitieerd. Beidestoffen moeten vanaf de buitenzijde het betonindringen en bij de wapening komen. Hoe langerdeze weg is tot de wapening, hoe meer tijd voordatde corrosie zal starten. De dekking bepaalt delengte van de weg en is daarmee een belangrijkeparameter in het uitstellen van het tijdstip waaropcorrosie wordt ge?nitieerd.Ofschoon de keuze van de grootte van de dekkingeen ontwerpaspect en het realiseren van de dek-king in de praktijk een uitvoeringsaspect is,behoort bij de ge?ntegreerde aanpak inzicht in degerealiseerde dekking onder vergelijkbare omstan-digheden en de haalbaarheid om hiervan af tewijken mede een rol te spelen bij de keuze van dedekkingspecificatie door de ontwerper.Concrete mixDit betreft de keuze van de grondstoffen en demengselsamenstelling. Voor indringing van Cl- enCO2is dichtheid van beton van belang. Hoe dichterhet beton, hoe moeilijker deze stoffen kunnenindringen. Dit leidt daarmee tot een langere initia-tiefase. Daarnaast zijn voor duurzaamheid van hetbeton ook andere degradatiemechanismen vanbelang, zoals ASR, vorstschade en eventuele chemi-sche aantasting.De keuze van de grondstoffen en de samenstellingvan het mengsel zijn betontechnologische aspec-ten. Door keuzes in het ontwerp en uitvoering kun-nen wel randvoorwaarden worden gegeven.Curing/compactionCuring/compaction staat voor verdichten en nabe-handelen. Vooral van de nabehandeling van betonis de invloed bekend. Een goede nabehandeling,vooral bij hoogovencement, is noodzaak voor hetverkrijgen van voldoende dichtheid. In de VBU zijnrichtlijnen gegeven voor de nabehandeling en deverdichting.Op welke wijze de nabehandeling wordt uitgevoerden ook gedurende welke tijdsduur, zijn keuzes vande uitvoerende partij. Dit geldt ook voor de wijzevan verdichten. Keuzes in het ontwerp en de tech-nologie kunnen echter wel invloed uitoefenen opde nabehandeling en de verdichting.CracksScheurvorming in beton is onontkoombaar. Betonbevat wapening om de trekkrachten op te nemen.2 |De verdubbeling van deFriese N31 wordt uitge-voerd middels een PPS-contract. De in dit trajectgelegen Fonejachtbrugwordt vervangen dooreen nieuwe brug dieruim 3 m hoger is dan deoude brug(foto: W?ldwei)A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pD uur zaamheidcement 2006 2 25De wapening functioneert echter pas wanneer hetbeton gescheurd is. Toch geeft scheurvorming gere-geld aanleiding tot discussie.De vraag hierbij is welke scheurwijdte nog toelaat-baar is, zonder effect te hebben op de duurzaam-heid. Duidelijk is wel dat vanwege het risico opscheurvorming watervoerende scheuren nietgewenst zijn.De toelaatbare maximale scheurwijdte en vertalinghiervan in wapening, zijn ontwerpaspecten. Wan-neer het gaat om het nemen van maatregelen omscheurvorming ten gevolge van de verharding tevoorkomen (doorgaande scheurvorming) betrefthet voor het grootste deel uitvoeringsaspecten. Tendele kunnen dit ook ontwerp- en technologischeaspecten zijn.L e v e n s d u u r b e s c h o u w i n gVoor elk project moet een keuze worden gemaakthoe ontwerp, technologie, uitvoering en instand-houding op deze aspecten worden gecombineerd.Hiervoor wordt een zogenoemde levensduurbe-schouwing opgesteld. Dit is de onderbouwing vande gekozen combinatie; op basis hiervan worden deconcrete specificaties opgesteld.Een levensduurbeschouwing bestaat uit een aantalstappen [1].De eerste stap bestaat uit het inventariseren doorwelke oorzaken het functioneren van een construc-tie in de loop van de tijd in gevaar kan komen. Inhet PvE kunnen aanvullende eisen staan over hetoptreden van belastende omgevingscondities. Inhet PvE van HSL-Zuid is bijvoorbeeld gegeven dater rekening moet worden gehouden met een chlo-ridenbelasting vergelijkbaar met de Noordzee.Andere belastende omgevingscondities moetenmet nader onderzoek worden bepaald. Dit geldtbijvoorbeeld voor de agressiviteit van de bodem enhet grondwater. Hiervoor zal laboratoriumonder-zoek moeten worden uitgevoerd.In een tweede stap worden de oorzaken per con-structieonderdeel verder gespecificeerd. Dit kaninhouden dat oorzaken die in de eerste stap wordengenoemd voor een constructieonderdeel niet vantoepassing zijn. Aan de andere kant kunnen doorhet PvE oorzaken juist wel van toepassing wordenverklaard. Bijvoorbeeld in de ROBK 5.0 [2], die vaakals verplichte richtlijn wordt voorgeschreven, isaangegeven dat dooizouten tot 1 m onder maaiveldkunnen voorkomen.In de derde stap worden de maatregelen aangege-ven om het functioneren van de constructie in deloop van de tijd te waarborgen. Hiertoe is het nood-zakelijk dat het degradatiemechanisme betrouw-baar kan worden beschreven. Vanuit de beschrij-ving kunnen dan maatregelen worden voorzien.Deze maatregelen kunnen vari?ren van het voorko-men van een degradatiemechanisme tot het beheer-sen van een degradatiemechanisme. Van beide eenvoorbeeld.- ASR (Alkali Silica Reactie) is een goed voorbeeldvan het voorkomen van een degradatiemechanis-me. De maatregelen bestaan uit het kiezen van dejuiste grondstoffen en mengselsamenstelling omhet optreden van een ASR te voorkomen;- een voorbeeld van degradatiemechanisme dat metmaatregelen wordt beheerst, is de indringing vanCl- in beton. Door voldoende tijd te reserveren voor-dat chloriden in een kritische concentratie bij dewapening aanwezig zijn, wordt de duurzaamheidgerealiseerd. Binnen de DuraCrete-methodiek zijnmodellen beschikbaar die de indringing in de tijdbeschrijven. In deze modellen wordt uitgegaan vaneen samenspel tussen ontwerp, technologie en uit-voering. Voor het berekenen van de indringing vanchloriden zijn gegevens nodig over de dekking, demengselsamenstelling (DRCM) en de uitvoering(nabehandeling). Op basis van deze gegevens kaneen keuze worden gemaakt welke maatregelen wor-den getroffen:? een kleinere dekking bij een uitstekende nabehan-deling en hoogwaardig mengsel;? een grotere dekking bij een goede nabehandelingen een standaard betonsamenstelling.Een levensduurbeschouwing zoals deze tot dusverwordt beschreven, lijkt wel wat op het bepalen vande milieuklassen volgens de nieuwe betonnorm, deNEN-EN 206. In deze norm moet een keuze wor-den gemaakt uit achttien milieuklassen op basisvan degradatiemechanismen. De milieuklasse(n) isbepalend voor de eisen aan de betonsamenstelling.Een levensduurbeschouwing gaat echter verder,3 |Aan de HSL-Zuid wordteen beschikbaarheid van99,46% gevraagd. Eenballastloos spoor draagthiertoe bijA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pD uur zaamheidcement 2006 226doordat ook ontwerp, uitvoering en instandhou-ding erin worden betrokken.Naast deze drie stappen zal ook scheurvorming inde levensduurbeschouwing moeten worden opge-nomen. Ten aanzien van scheurvorming geldt datde scheuren geen invloed hebben op duurzaam-heid. Het uitgangspunt is dat de eisen uit de VBCten aanzien van de maximale scheurwijdte kunnenworden overgenomen.Verder zijn watervoerende scheuren niet accepta-bel. Dit wordt vertaald in de specificatie dat scheur-vorming ten gevolge van de verharding in(grond)waterkerende constructies niet toelaatbaaris. Dit houdt in dat (grond)waterkerende construc-ties moeten worden beoordeeld op het risico vanscheurvorming. Hiervoor zijn verschillende model-len beschikbaar. Wanneer een risico wordt inge-schat kunnen op basis van deze modellen de maat-regelen worden bepaald om de scheurvorming tevoorkomen.Naast de (grond)waterkerende constructies is hetook mogelijk dat er vanuit esthetische overwegin-gen in constructieonderdelen geen scheurvormingvanuit de verhardingsfase toelaatbaar is. Ook in diegevallen kunnen met de beschikbare modellen hetrisico en de eventuele maatregelen worden be-paald.S p e c i f i c a t i e sOp basis van de keuzen die in de levensduurbe-schouwing zijn aangegeven, kunnen de specifica-ties worden opgesteld. Deze specificaties betreffeneen breed gebied. Voor het ontwerp kan de dekkingworden vastgelegd en worden door het bepalen vaneen maximaal toelaatbare scheurwijdte randvoor-waarden aan de wapening gesteld. Wat de technolo-gie betreft, kan uit de levensduurbeschouwing naarvoren komen dat hoogovencement de voorkeurheeft. Voor de uitvoering kunnen algemene eisenworden gesteld aan de nabehandeling. Verder kanworden aangegeven voor welke onderdelen scheur-vorming ten gevolge van de verharding niet accep-tabel is. Dit zijn allemaal voorbeelden van specifica-ties. Elk project heeft door zijn eigen karakter eenunieke set specificaties.Nu is het niet zo dat met het opstellen van de speci-ficaties geen afwijkingen meer mogelijk zijn.Natuurlijk moet het altijd mogelijk zijn gedurendehet project andere keuzen te maken. Deze zullenechter ten opzichte van de specificaties moetenworden gemotiveerd. Daarbij zal nog steeds aan deachterliggende eisen uit het PvE moeten wordenvoldaan.V e r h a r d i n g s b e h e e r s i n g i n d es p e c i f i c a t i e sIn het begin van het artikel is reeds aangegeven datin dit nummer van Cement het thema verhardings-beheersing centraal staat. In het nieuwe opdrachtnemen is de verhardingsbeheersing niet verdwe-nen uit de specificaties. Integendeel, door de eisenuit het PvE en de gewenste ontwikkeling van LCMkomt verhardingsbeheersing steeds nadrukkelijkernaar voren. De beheersing van de verharding opeen dusdanige wijze dat de betonconstructie degewenste performance krijgt, nu en in de toekomst,is een essentieel onderdeel van LCM, en daarmeevan het nieuwe opdracht nemen en geven.C o n c l u s i eDe nieuwe contractvormen hebben een anderewijze van het stellen van eisen. Deze worden op eenabstract niveau aangegeven. De eisen leiden tot eenaantal uitgangspunten voor het ontwerp en de uit-voering en, bij een aantal contractvormen, deinstandhouding. Voor een goede invulling van deeisen kan Life Cycle Management (LCM) het ant-woord zijn. LCM in volle omvang is het streven,maar er moet worden gewerkt met de huidige standvan de techniek. Vanuit het verleden is bekend dateen betonconstructie relatief weinig onderhoudheeft, mits deze goed is ontworpen en uitgevoerd.Voor het maken van een dergelijke constructiestaan de vier C's centraal: cover, concrete mix,curing/compaction en cracks. In een levensduurbe-schouwing worden voor elk project opnieuw, dekeuzen onderbouwd die een relatie hebben tot dezeC's. Op basis van deze levensduurbeschouwingworden de concrete specificaties van het projectgedefinieerd.In de toekomst zal de levensduurbeschouwing zichmoeten ontwikkelen tot een echt LCM van beton.Hiervoor zal een integratie van ontwerp, technolo-gie, uitvoering en instandhouding noodzakelijkzijn. Dit is de grote uitdaging van Life CycleManagement. nL i t e r a t u u r1. Betoniek 12/30, Gevraagd: 100 jaar. ENCI Media,november 2003.2. ROBK 5.0, Richtlijnen ontwerp betonnen kunst-werken. Bouwdienst Rijkswaterstaat, juli 20023. Horst, A.Q.C. van der, Life Cycle Management.fib-commissie 10, september 2004.