O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVeiligheidcement 2000 770Op grond van de traditie zijnwaterkeringen het domein vangeotechnici en hydraulici: Neder-land wordt door honderden kilo-meters dijk en duin beschermdtegen hoogwater. Of het gaat omeen stormvloed op zee, of eenhoogwatergolfopeenrivier,maaktin wezen geen verschil. De ver-eiste betrouwbaarheid van hetstelsel waterkeringen is vastge-legd in de Wet op de Waterkering.Maar waterkeringen worden doortal van constructies doorsnedenzoals sluizen, coupures, gemalenen tunnels. De meeste van dezeconstructies zijn gezien hun doelniet aangelegd als waterkerendkunstwerk, maar hebben in deeerste plaats een andere functie:vervoer van personen of goede-ren, waterbeheer, recreatie enz.Het ontwerp van deze kunst-werken is in hoge mate multi-disciplinair. Vaak zijn er discipli-nes bij betrokken als werktuig-bouw, elektrotechniek, staal, be-ton, geotechniek en hydraulica.Daarnaast moeten de kunstwer-ken voldoen aan een groot scalavan eisen (foto 1): functioneleeisen, constructieve eisen uitde NEN-normen en ze moetenvoldoen aan de Wet op deWaterkering.De aspecten van het constructiefontwerp die van belang zijn voorde waterkerende functie komenaan de orde. Daartoe wordt eersthet kader geschetst van de water-keringszorg in Nederland enwordendeTAW-LeidradenKunst-werken en Toetsen belicht. Tenslotte komen enkele ontwikkelin-gen aan de orde.W a t e r k e r i n g s z o r g i nN e d e r l a n dWaterschappenvervulleneencen-trale rol in de waterkeringszorg.Een waterschap is een zogenaam-de functionele bestuursvorm,gericht op waterbeheer en water-keringsbeheer.Deprovincieheefteen toezichthoudende taak. Hetrijk stelt de wetgeving vast.In 1965 heeft de minister vanVerkeer en Waterstaat een advies-orgaan ingesteld: de TechnischeAdviescommissie voor de Water-Ontwerpen en toetsen op veiligheidKunstwerken in waterkeringenir.R.C.A.Beem, Bouwdienst Rijkswaterstaat1 | Het is belangrijk om bijhet ontwerp van kunst-werken rekening tehouden met alle functies.Bij Delfzijl ging dat mis:hier is de sluis onbe-doeld ook als spuisluisgebruikt. De sluis isechter nooit gedimensio-neerd op sluiten onderdoorstroomde conditiesfoto: Dennis F. Beek,HoogezandWaterkeringen hebben een beschermende functie. De meeste doorsnijdingenervan hebben een ander doel, zoals scheepvaartverkeer in een schutsluis. Inde combinatie van waterkering en kunstwerk moet de laatste aan tal vaneisen voldoen. Welke aspecten van het constructief ontwerp zijn van belang?Hoe is de waterkeringszorg in Nederland georganiseerd en welke rol speelt deTechnische Adviescommissie voor Waterkeringen (TAW) in deze?O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVeiligheidcement 2000 7 71keringen, kortweg TAW. De TAWbestaat uit drie vertegenwoordi-gers van Rijkswaterstaat, drieleden uit de provinciale dienstenvoor Water en Milieu, drie uitde grote waterkeringsbeherendewaterschappen, drie hooglerarenin de civiele techniek en tweedirecteuren van de grote techno-logische instituten. Een onafhan-kelijk voorzitter en een ambtelijksecretaris vanuit het departementvan Verkeer en Waterstaat com-pleteren de commissie. De ledenworden door de minister be-noemd en ontslagen.Een van de taken van de TAW ishet samenstellen van Leidradenen technische rapporten voor hetontwerp, beheer en het onder-houd van primaire waterkerin-gen. De leidraden worden in dememorie van toelichting bij deWet op de Waterkering omschre-ven als van overheidswege er-kende berekenings- en beoorde-lingsmethoden, die de beheerdertot aanbeveling strekken.Aanvankelijk richtte de TAW zichop technische aangelegenheden.De laatste jaren betrekt de TAWook nadrukkelijk de relaties metlandschap, natuur en ruimtelijkeordening in hun adviezen (fig. 2).Dit is duidelijk verwoord in deTAW-publicatie Grondslagen voorwaterkeren.L e i d r a a d K u n s t w e r k e nIn 1997 is de groene versie ver-schenen van een TAW-Leidraadvoor constructies in primairewaterkeringen: de Leidraad water-kerende kunstwerken en bijzon-dere constructies, kortweg de Lei-draad Kunstwerken. In 2001 zalde definitieve versie verschijnen.Enkele interessante verschillenmetdegroeneversiestaanaanheteind van dit artikel.De veiligheidsfilosofie van de Lei-draad Kunstwerken richt zich opdrie aspecten.1. Hoogte van de keringDe kering moet in de eerste plaatsInteressante documenten voor het ont werpenvan kunst werken in waterkeringen? TAW-publicatie Grondslagen voor waterkeren: schets van het bestuur-lijk en maatschappelijk kader van de waterkeringszorg; behandelingvan de achterliggende veiligheidsfilosofie.? TAW-Leidraad Kunstwerken: het ontwerpen van kunstwerken inwaterkeringen.? TAW-Leidraad Toetsen: de vijfjaarlijkse toetsing.? Randvoorwaardenboek: bevat de offici?le hoogwaterstanden waarmeegerekend moet worden.? Technisch Rapport Zandmeevoerende Wellen: uitwerken van hetmechanisme piping.? Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies: het uitwerkenvan overige grondmechanische mechanismen.? NEN-normen: uitwerken van de constructieve mechanismen.2 | Veiligheid per dijkring-gebiedO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVeiligheidcement 2000 772hoog genoeg zijn (dit hoeft niet tebetekenendathetkunstwerkevenhoog moet te zijn als het aanslui-tende dijkvak). Anders gezegd:het instromend gebied ten ge-volge van overlopen en overslagmag het toelaatbare debiet nietoverschrijden. Het toelaatbaredebiet kan of bepaald wordendoor de erosiebestendigheid vanbijvoorbeeld de bodembescher-ming, of door de maximale kom-berging achter het kunstwerk.Bij de erosiebestendigheid is demaximale stroomsnelheid vanbelang, bij de komberging het to-tale instromend volume in de tijd.2. Betrouwbaarheid van de sluitingBij bepaalde waterstanden zal dekering gesloten moeten worden.Dit stelt eisen aan de betrouw-baarheid van werktuigbouwkun-dige en elektrotechnische onder-delen, aan procedures en aanmenselijk handelen. Gezamen-lijk bestrijken ze een grote ver-scheidenheid aan mogelijke ge-beurtenissen. Twee uitersten zijnbijvoorbeeld de coupure in hetrivierengebied, een onbemandeconstructie die gemiddeld eens inde vijf jaar dicht moet, of een sluisaan zee die permanent bemand isen twee keer per dag voor korteperioden gesloten moet zijn. DeLeidraad Kunstwerken geefthandvattenomvoorditsoortcom-plexe situaties de betrouwbaar-heid in te schatten.3. Sterkte en stabiliteit van deconstructieOnder alle omstandigheden die-nen de sterkte en stabiliteit van deconstructie aan een bepaalde be-trouwbaarheid te voldoen. Dezebetrouwbaarheid is afhankelijkvan de normfrequentie van hetbetreffende dijkringgebied, zoalsomschreven in de Wet op deWaterkering. In de LeidraadKunstwerken is deze betrouw-baarheid vertaald in een parti?lefactor op het verval bij MHW(g = 1,25). Op deze wijze kunnenconstructeurs de oude ver-trouwde systematiek van de NENmet parti?le factoren toepassenen tegelijkertijd voldoen aan deWet op de Waterkering.De Leidraad Kunstwerken geeftallerlei verfijningen van de veilig-heidsfilosofie, tot en met eencomplete betrouwbaarheidsana-lyse. Figuur 3 geeft het beeld vaneen foutenboom op het meesteenvoudige niveau.Toelichting:Voorwaarde 1: de kans dat het toe-laatbaar debiet wordt overschre-den moet kleiner zijn dan denormfrequentie.Voorwaarde 2: in niet-extremesituaties mag het falen van hetkunstwerk niet significant bijdra-genaandefaalkans.Ditisvertaaldineentoelaatbarefaalkansvan0,1x normfrequentie.Sluiten versus sterkte/stabiliteit:uit ervaring blijkt dat het lastig isom de faalkans van de sluitingomlaag te brengen. Het is ver-standigomvoordesluitingdevol-ledige ruimte van voorwaarde 2 teclaimen. Voor sterkte/stabiliteitblijft een ruimte over van 0,01 xnormfrequentie.Voorwaarde 1kerende hoogteP (q > qt) < normfrequentieP (sluiting)< 0,1 x normfrequentieVoorwaarde 2falen kunstwerkP (falen EN q < qt) < 0,1 x normfrequentieP (sterkte/stabiliteit)< 0,01 x normfrequentie3 | Eenvoudige foutenboom4 | In rekening brengen vansterkte en stabiliteitvoor een geschemati-seerd sluishoofdrandvoorwaarden, belastingenschematisering sluishoofdMHWKP FHbelastingen door waterdrukkenFV1,25 FH0,9 Fg1,0 FVuitwerking conform NEN-normenhor. afschuivenkantelstabiliteit enz.uitwerkingconform TAW`piping' bodembescherming1,0 FH~~~~~~~~~~~~ VO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVeiligheidcement 2000 7 73Voor het inschatten van debetrouwbaarheid van een slui-tingsoperatie geeft de LeidraadKunstwerken een aantal een-voudige scoretabellen. Hiermeewordt ingegaan op de onderde-len het hoogwater-alarmerings-systeem, de mobilisatie, de bedie-ning en technische storingen.Voorsterkteenstabiliteitwordtdebelasting in rekening gebrachtvolgens figuur 4.L e i d r a a d T o e t s e nNa een groene versie in 1997, isin 1999 de definitieve versie ver-schenen van de TAW-LeidraadToetsen op Veiligheid. Deze is debeheerders behulpzaam bij hetaantonenvandevereistebetrouw-baarheid. De Wet op de Waterke-ring schrijft namelijk voor datalle waterkeringen elke vijf jaargetoetst worden. Dit is vergelijk-baar met de APK-keuring vanauto's. Bij waterkeringen helpteen toetsing ook om de zorg voorbescherming tegen overstromin-gen levend te houden Gemiddeldgezien kunnen er namelijk tien-tallen jaren tussen de verschil-lende hoogwaters zitten.Het toetsen van kunstwerken ver-loopt grotendeels hetzelfde als bijhet ontwerp. Er zijn echter tweegrote verschillen, de planperiodeen de actuele sterkte.PlanperiodeBij het ontwerp is de planperiodelang, meestal zo'n honderd jaar.Bij toetsen wordt elke keer slechtsvijf jaar vooruit gekeken. De ver-schillen, bijvoorbeeld door zee-spiegelrijzing, komen tot uit-drukking in een verschillendeafleiding van maatgevend hoog-water.Actuele sterkteBij het ontwerp wordt de sterktevan de toe te passen materialengereduceerd met een parti?lemateriaalfactor. Daarnaast wordtdegradatie over de levensduur inrekening gebracht door de beton-dekking,ofeentoeslagopdestaal-doorsnede. Bij het toetsen dientmen de actuele sterkte van hetmateriaal in rekening te brengen.Op dit laatste punt is nog ruimtevoor nieuwe inspectiemethodenen rekenmodellen.O n t w i k k e l i n g e nDe eerste versie van de LeidraadKunstwerkenisbewustalsgroeneversie uitgegeven om gebruikersin de gelegenheid te stellen com-mentaar te leveren, vooral op hetgebied van de praktische bruik-baarheid. Met deze insteek heeftonlangs een groot gebruikerson-derzoek plaatsgehad.De geselecteerde gebruikers pas-sen de Leidraad Kunstwerkenveelvuldig toe en zijn positief overde inhoud. De structuur, zoals devolgorde van bijlagen en paragra-fen is echter niet helder en onvol-doende logisch. Een andere inte-ressante bevinding is de redenvan het gebruik: het merendeelvandeondervraagdengebruiktdeLeidraadopeigeninitiatiefennietdoor aansturing van de beheerdervan het kunstwerk.De bevindingen uit het gebrui-kersonderzoek zullen leiden totde volgende aanpassingen:? een duidelijker splitsing vanteksten voor de beheerder envoor de constructeur/ontwer-per;? beter aansluiten bij de Lei-draad Toetsen door hetgebruik van stroomschema'sen het onderscheiden van een-voudige, gedetailleerde engeavanceerde methoden;? beter aansluiten bij de TAW-publicatie Grondslagen voorwaterkeren, door aandacht teschenken aan LNC-waarden,monumentenzorg, functioneleeisen en beheer&onderhoud;? het nauwkeuriger kunnenvaststellen van de parti?lebelastingsfactor op maatge-vend hoogwater;? aandacht voor het effect vanaanvaarconstructies.Het secretariaat van de TAW, tele-foon 015 - 251 84 36, beantwoordtvragen of opmerkingen naar aan-leidingvanditartikel.Tevensaan-spreekpunt voor het verkrijgenvan genoemde publicaties. sStatistiek enm i s ver s ta n dEen waterstand met een gemid-delde overschrijdingsfrequentievan 1/1000 per jaar komstovereen met een kans van 0,1%dat in ??n jaar een hogerewaterstand optreedt. Dit wordtwel uitgedrukt als eenmaal perduizend jaar.Dit is waar veel misverstandenbeginnen. Eenmaal per duizendjaar betekent niet dat de overs-troming eens per duizend jaarkan voorkomen of dat het naeen overstroming duizend jaarduurt voordat het weer ge-beurt.Het betekent dat een over-stroming gemiddeld eenmaalper duizend jaar optreedt.De overgang van 1/1000 perjaar naar eenmaal per duizendjaar kan tot nog een andermisverstand leiden. Omdat defysisch-geografische situatielangs de kust en op de rivierenzich steeds wijzigt, evenals hetklimaat, is er nooit duizendjaar dezelfde situatie aanwezig.Ontwerpen op een toestand van(gemiddeld) eenmaal perduizend jaar is dus niet moge-lijk. We kunnen niet duizendjaar vooruitkijken, maar hou-den rekening met een gebeurte-nis die in de huidige situatie eenkans van optreden van 1/1000per jaar heeft.Bron: Grondslagen voorWaterkeren