ir. C.J.J. Zimmerman en ir. H.J. van der Graaf,Bouwdienst RijkswaterstaatIn Nederland houden we al eeuwenlang met succes hetwater buiten de deur. Door de klimaatverandering wordtdat steeds moeilijker: de zeespiegel stijgt en de bodemdaalt. Het is niet meer voldoende de dijken steeds hogeren de gemalen steeds groter te maken. Het water moetde ruimte krijgen. Het rijk, provincies, gemeenten enwaterschappen hebben de handen ineengeslagen omde waterproblematiek in Nederland aan te pakken.Daarvoor is een campagne ontwikkeld: `Nederland leeftmet Water'. Bovendien is in opdracht van de staatssecre-taris van Verkeer en Waterstaat door Rijkswaterstaat hetproject `de Veiligheid van Nederland in Kaart' (VNK) inhet leven geroepen. In het project VNK heeft samen metde waterschappen en provincies een berekening plaatsvan de kansen op en de gevolgen van overstromingenvoor heel Nederland, het `overstromingsrisico'. Ditgebeurt op grond van een nieuwe rekenmethodiek waar-mee de overstromingskans nauwkeurig gekwantificeerdkan worden.In de afgelopen jaren heeft Cement in twee themanum-mers - `Beton in de waterbouw' (2000 nr. 7) en `Bouwenmet water' (2003 nr. 4) - stilgestaan bij deze andere visieop het omgaan met water. In dit themanummer laten wevooral het `ouderwetse' werken aan constructies in dewaterbouw zien.De veiligheid bij dijkdoorbraken en overstromingenis voor de Rijksoverheid van oudsher een belangrijkaandachtsveld. De kennis met betrekking tot dezematerie is continu in ontwikkeling en richt zich opde hoogwaterdreiging vanuit zee, meren en rivierenop dijken, duinen en kunstwerken. De TechnischeAdviescommissie voor de Waterkeringen (TAW)geeft namens de minister van Verkeer en Waterstaateen set van leidraden uit waarin deze ontwikkelin-gen en inzichten worden vastgelegd. Deze leidradenworden regelmatig vernieuwd en aangepast aan delaatste stand van de ontwikkelingen op het gebiedvan beleid, techniek en wetenschap. In mei 2000werd het TAW-rapport `Van overschrijdingskansnaar overstromingskans` gepubliceerd. Hierin wasvoor een klein aantal dijkringen de overstromings-kans van het dijkringgebied berekend. Dit in tegen-stelling tot de huidige leidraden, waarin de norm-stelling is gekoppeld aan een dijkvak of kunstwerk enwaarbij de overschrijding van een toelaatbaar in-stromend watervolume centraal staat.Het rapport was aanleiding voor de staatssecretarisvan Verkeer en Waterstaat om in een studieprojectmet de door TAW aanbevolen methode de overstro-mingskans voor alle dijkringgebieden te laten be-palen (fig. 1). Dit project zou voor alle dijkringge-bieden inzicht geven in de mate van beveiligingtegen overstroming en de kwetsbare locaties diedaarin een rol spelen.K u n s t w e r k e nE?n van de bevindingen van genoemd rapport wasdat kunstwerken potentieel een kwetsbare locatievormen in de veiligheid van dijkringen vanwege:? gebrek aan kennis over de toestand van de con-A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pWa t e r b o u wcement 2003 76Kunstwerken in beeldVEILIGHEIDNEDERLAND IN KAART1 | Dijkringenkaart vanNederlandstructie (met name voor de oudere kunstwer-ken);? gebrek aan kennis over de betrouwbaarheid vanhet sluiten, met name bij handbediening;? niet voldoen van oudere kunstwerken aan dehuidige ontwerpeisen, zoals gesteld in de vige-rende leidraad (Waterkerende kunstwerken enbijzondere constructies);? gebrek aan kennis over de mate waarin de faal-kans van (delen van) een kunstwerk (door over-belasting) bijdraagt tot de overstromingskansvan een dijkring.In waterkeringen komt een grote diversiteit aankunstwerken voor, vanwege vele andere kruisendefuncties waarvoor de aanwezigheid van de waterke-ring geen belemmering mag vormen. Het kunst-werkenbestand loopt uiteen van stormvloedkerin-gen, schutsluizen, keersluizen, gemalen en tunnelsmet een nationaal belang tot relatief kleine con-structies zoals duikers, coupures en leidingkruisin-gen met een meer lokale functie.In heel Nederland gaat het om een aanzienlijk aantalkunstwerken. Alleen al in de primaire waterkerin-gen van dijkringgebieden grenzend aan zogenoemd`buitenwater', komen op een lengte van circa 2600kmwaterkeringzo'n500waterkerendekunstwerkenvoor. In de overige primaire en regionale waterke-ringen is nog eens een veelvoud hiervan aanwezig.Door de grote omvang en de onbekende samenstel-ling van het bestand aan kunstwerken ontbreektvooralsnog inzicht in de potenti?le omvang van de`kunstwerkenproblematiek'.Vanaf de start van het project VNK stond dus vastdat een belangrijk deel van de aandacht gericht zouworden op de kunstwerken. Bij evaluatie van hetoverstromingsrisico bestond op basis van beschik-bare onderzoeken geen eenduidig beeld over de rolvan kunstwerken.In VNK wordt door het ontwikkelen van een beoor-delingsmethode en vervolgens de toepassing in eengroot aantal dijkringen, de kennis over kunstwerkenvergroot. Er bestaat behoefte aan meer inzicht in derol van kunstwerken zowel als mogelijk kwetsbaaronderdeelvandewaterkeringbijhogewaterstanden,alsook als `intrinsieke risicobron' voor overstromin-gen tijdens het normale bedrijf (van bijvoorbeeld hetschutten van schepen, waterdoorvoer, passage vanwegverkeer of nutsvoorzieningen).B e o o r d e l i n g s m e t h o d e k u n s t w e r k e nDe beoordeling van al deze verschillende kunstwer-ken leent zich niet voor een benadering door eenbeperkt aantal als `representatief' te beschouwen,omdat vrijwel elk kunstwerk maatwerk betreft, afge-stemd op de lokale eisen en randvoorwaarden.Verder hebben de kunstwerken een nogal uiteenlo-pende leeftijd, waarin onder meer materiaaltoepas-sing, mechanismen en bedieningen van afsluitmid-delen en bouwmethoden een ontwikkeling hebbendoorgemaakt. Bovendien kan in de loop van de tijdin zeer uiteenlopende mate van degradatie zijn opge-treden, eventueel gevolgd door herstel of (gedeelte-lijke) renovatie.Overigens worden informatie over het ontwerp,bouwtekeningen en inspectiegegevens over de actu-ele toestand niet altijd op toegankelijke wijze be-heerd. Vaak is niet alles voorhanden om bij eenbeoordeling volgens een eenvoudige uniforme aan-pak, te werk te kunnen gaan.De hiervoor geschetste problematiek, tezamen metde eis dat de te behalen resultaten van overstro-mingskansberekeningen onderling vergelijkbaarmoetenzijn,heeftertoegeleiddatvoorVNKeeneen-duidige en consistente methode moest worden ont-wikkeld waarmee zo volledig mogelijk het scala aankunstwerken kan worden beoordeeld.Bij de controle van kunstwerken zijn in de regel driewaterkeringsaspecten te onderscheiden [1]:? de waterkerende hoogte van het kunstwerk;? de betrouwbaarheid van de sluiting van hetkunstwerk;? de sterkte en stabiliteit van het kunstwerk.Voor deze drie aspecten, die elk bijdragen aan dekans van overstromen van een dijkringgebied, wordtin dit artikel in vogelvlucht uiteengezet hoe de over-stromingskans van een kunstwerk in de dijkring kanworden bepaald.Falen door onvoldoende kerende hoogte (foto 2)De waterkerende hoogte van het gesloten kunstwerkvormt in de huidige overbelastingsbenadering hetprimaireontwerpcriterium.Dekansdatteveelwaterover een kunstwerk slaat of stroomt, is genormeerdvolgens bekende eisen, afhankelijk van de bedrei-ging (zee, rivier, meer) en het (economisch) belangA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pWa t e r b o u wcement 2003 7 72 | Keerschuif Ravenswaaijtussen Lek enAmsterdam-Rijnkanaalvan het gebied, uitgedrukt in frequenties van 1/1250tot 1/10 000 per jaar van nog veilig te keren water-standen. Voor alle waterkeringen grenzend aan bui-tenwater zijn overschrijdingsfrequentielijnen afge-leid door statistische bewerking van langjarigemeetgegevens en extrapolatie van bekende afvoer-,stormvloed- en golfgegevens. De vastgestelde hy-draulische randvoorwaarden voor de waterkeringenzijn hierop gebaseerd. De globale benadering van defaalkans (en vervolgens de overstromingskans)bestaat uit het bepalen van de verhouding van dekerende hoogte van het kunstwerk tot de overschrij-dingsfrequentie van (extreme) waterstanden.Falen door niet-sluiten keermiddelen (foto 3)De kans dat wateroverlast en uiteindelijk zelfs eenoverstroming ontstaat doordat een kunstwerk metbeweegbare keermiddelen bij hoog water niet of niettijdig wordt gesloten, is een bijzonder aspect in debeoordeling van de veiligheid van waterkerendekunstwerken, dat bij overige delen van de dijkringgeen rol speelt.Om de zogenoemde `betrouwbaarheid van de slui-ting' te kunnen beoordelen worden vier subsyste-men geanalyseerd:? hoogwaterwaarschuwingssyteem;? procedure voor mobilisatie;? procedure voor sluiting;? bedrijfszekerheid van de sluitingsmiddelen.Voor elk van de vier subsystemen is in de leidraadeen standaard foutenboom opgesteld, waaraan ver-volgens een vragenlijst is gekoppeld (fig. 4). Door devragen te beantwoorden en de daarmee samenhan-gende scores op te tellen, wordt een maat voor debetrouwbaarheid van de verschillende onderdelenvan de sluitingsoperatie verkregen.De kans dat het afsluitmiddel uiteindelijk niet geslo-ten is als dat nodig is, kan eenvoudig worden bepaaldvolgensPns= 10?Ewaarin:Pns= kans op niet-sluiten, gegeven noodzaakE = de laagste waarde van de subscores E1t.m. E4De laagste score voor de vier subsystemen geeftdirect een kansschatting (fig. 5).Met deze eenvoudige methode kan in het gunstigstegeval een kans van niet-sluiten van 10-4worden aan-getoond. De faalfrequentie van de sluiting wordtbepaald door vermenigvuldiging van deze kans per`sluitvraag' met de frequentie van het aantal sluitin-gen ter voorkoming van een overschrijding van hetzogenoemde open keerpeil (OKP) bij een geopendkunstwerk (fig. 6):Nf,ns= Popenx f(h > OKP) x Pnsmet:Popenkans dat een kunstwerk geopend is(bij een naderend hoogwater)[-]f(h > OKP) frequentie waarmee de buitenwater-stand h het open keerpeil overschrijdt[1/jaar]OKP open keerpeil, dit is de hoogst keerbarebuitenwaterstand voor het niet-geslotenkunstwerk [m NAP].Overstromingskans door onvoldoende sterkte en/ofstabiliteit van het kunstwerk (foto 7)Alsderdedientdekanstewordenbepaalddatbelang-rijke waterkerende delen van het kunstwerk, bij-voorbeeldeenafsluitmiddelofkeerwand,bezwijken.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pWa t e r b o u wcement 2003 784 | Scoretabel falen mobilisatiestap nr. vraag scorea1 is een volledige bemanning permanent aanwezig nee: a=1(indien ja, sla a2/a3/a4/a5 over) ja : a=4a2 is er een schriftelijk vastgelegde up-to-date mobilisatieregeling ja: a = a+0,5a3 is er een voorwaarschuwingssysteem ja: a = a+0,5a4 is er een terugmeldingssysteem voor mobilisatie ja: a = a+0,5a5 wordt de mobilisatie minstens eenmaal per jaar uitgevoerdof geoefend ja: a = a+0,5b1 bevat het mobilisatieplan een schriftelijk vastgelegde stand-byregeling ja : b = 1nee: b = 0b2 is er een voorwaarschuwingssysteem voor de stand-by ja: b = b+0,5c tussenscore c = a+bd1 is er een volledige bemanning permanent aanwezig(indien ja, ga naar e) ja : d=4nee: d=1d2 is het kunstwerk onder alle omstandigheden bereikbaar meestal d=d+1vrijwel d=d+2altijd d=d+3e eindscore falen mobilisatie (MOB) E2= min(c,d)3 | Bezwijken deuren bijschutsluis Farnsum doorfoutieve sluitprocedureVerder bestaat de kans dat het gehele kunstwerkweggedruktwordtdoordevervaldrukofnahetoptre-den van zogenoemde onder- of achterloopsheid ofontgronding.De bepaling van deze overstromingskans bestaat uitde volgende vier stappen:? inventarisatie van mogelijke faalmechanismen;? schifting van relevante faalmechanismen;? keuze van strategie op basis van beschikbarehoeveelheid en kwaliteit van gegevens (per rele-vant faalmechanisme);? uitwerking van de faalkansberekening/schatting.In het volgende wordt alleen stap 4 kort toegelicht.Bij beschikbaarheid van voldoende gegevens over deoorspronkelijke ontwerpuitgangspunten en over desterkte die in de huidige situatie geldt, wordt de faal-kans benaderd door een vergelijking met de huidigeeisen. Daarbij wordt verondersteld dat, als aan deontwerpeisen zou worden voldaan, tevens wordt vol-daan aan het beoordelingscriterium uit oogpunt vanwaterkerende veiligheid. Volgens de huidige veilig-heidsfilosofie wordt dan impliciet aan een gekwan-tificeerde faalkans-eis voldaan die nu als referentiewordt gebruikt.Drie soorten gegevens zijn van belang bij een beoor-deling op basis van vergelijking met oude ontwerp-uitgangspunten. Dit betreft ten eerste de belastingS, ten tweede de sterkte R, en ten derde de daartus-senaangehoudenveiligheidsmargeg.Dewijzewaar-op het effect van veranderingen van deze gegevenswordt gekwantificeerd in de faalkansschatting, ishierna per `gegeven' behandeld.? Vergelijking van de belastingDe huidige in rekening te brengen `toetsbelasting'kan ten opzichte van de oorspronkelijk gehanteerdebelasting zowel zijn toe- als afgenomen.? Vergelijking van de sterkteDoor achteruitgang van de sterkte kan sinds de bouwvan het kunstwerk de faalkans zijn toegenomen. Demate van sterkteachteruitgang kan worden bepaaldop basis van inspectiegegevens, en kan worden uit-gedrukt in bijvoorbeeld een afgenomen materiaal-dikte. In veel gevallen zal echter ook op basis van de`indruk' van een deskundige een inschatting moetenworden gemaakt van de huidige conditie van de ver-houding tussen de huidige en de oorspronkelijkesterkte.? Vergelijking van de veiligheidsmarge volgensontwerp en huidige eisenIn het verleden werd gerekend met een iets andereeis dan tegenwoordig gebruikelijk, namelijk met toe-passing van overall veiligheidsfactoren afhankelijkvan onder meer materiaal en type belasting. De metdeze overall veiligheidsfactor ge?ntroduceerde vei-ligheidsmarge kan zowel groter als kleiner zijn dande veiligheidsmarge die bij ontwerpen volgens dehuidige ontwerpregels in rekening zou moeten wor-den gebracht.Het gecombineerde effect van verschillen tussenoorspronkelijke ontwerpuitgangspunten en toestandvan het kunstwerk en de huidige ontwerpregels ende toestand van het kunstwerk na eventuele degra-datie, kan vervolgens worden gekwantificeerd als hetproduct van de drie hiervoor behandelde deelfacto-ren. Hiermee kan een `tekort of overschot aan vei-ligheidsmarge' bij beoordeling aan de hand van dehuidige ontwerpregels en voor de huidige toestandworden berekend.Met het resulterende `tekort of overschot aan veilig-heidsmarge' kan een schatting worden gemaakt vande overstromingskans door falen van het beschouw-de constructieonderdeel.Opgemerkt dient te worden dat mogelijke reservesdie in de oorspronkelijk aangelegde constructie aan-wezig waren in de vorm van overdimensionering(boven de destijds gebruikelijke ontwerpmarges) indeze benadering niet worden meegenomen.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pWa t e r b o u wcement 2003 7 9enoffalen kunstwerk t.g.v.niet sluitenbuitenwaterstandhoger dan OKPafsluitmiddel niettijdig geslotenhoogwaterwaarschu-wingssysteem faalt: Emobilisatiefaalt: E2bedieningsfout:E3technisch falenafsluitmiddel:E4kerende hoogteopen keerhoogterangeOKPhafsluitmiddelbuitenwater kunstwerk Achterliggend dijkringgebiedenoffalen kunstwerk t.g.v.niet sluitenbuitenwaterstandhoger dan OKPafsluitmiddel niettijdig geslotenhoogwaterwaarschu-wingssysteem faalt: Emobilisatiefaalt: E2bedieningsfout:E3technisch falenafsluitmiddel:E47 | Doorgebroken coupurelangs de Maas5 | Foutenboom vier subsystemen6 | Het OKP is die buitenwa-terstand die bij een geo-pend kunstwerk aan debinnenzijde nog juistniet tot wateroverlastleidtE e r s t e b e v i n d i n g e nMet de bij de projectstart beschikbare methode, aan-gevuld met de ontwikkelingen binnen VNK, zijn opditmomentvoorzesdijkringeninhetrivierengebied(koplopers) de eerste overstromingskansen van dijk-ringen uitgevoerd en in totaal ruim zestig kunst-werken in deze dijkringen beoordeeld. Uit de toe-passing en de resultaten is gebleken dat de ont-wikkeldemethodevoorkunstwerkengoedbruikbaaris. Volgens de systematiek zijn de overstromings-kansen met consistentie en uniformiteit voor eenzeer gevarieerde groep kunstwerken te bepalen.We besluiten met enkele van de eerste bevindingenvan de methode.Algemeen? de mate van beschikbaarheid van gegevens omde kans op een bres door falen vast te stellen iseen knelpunt.Beoordeling niet-sluiten? de beoordeling van kunstwerken met eengecombineerde functie (bijvoorbeeld gemaal/uitwateringssluis) wordt inzichtelijker door uit-splitsing naar deel-faalkansen per functie;? de faalkans bij zogenoemd getrapt keren vanschutsluizen is niet eenvoudig nauwkeurig tebepalen;? de effectiviteit van voorzieningen en procedurester voorkoming van aanvaringen is niet eenvou-dig in te schatten.Beoordeling sterkte/stabiliteit? constructieve gegevens van kunstwerken, onder-en achterloopsheidsschermen en bodembekle-dingen zijn veelal beperkt aanwezig of komenmoeizaam beschikbaar;? voor de onderbouwing van de kans op aanvaringmet direct overstromen tot gevolg zijn weinigaanknopingspunten beschikbaar.Bij de beoordeling van een kunstwerk zal een gebrekaan gegevens leiden tot een conservatieve benade-ringvandeteverwachtenoverstromingskans.Inveelgevallenkannaarverwachtingdoornaderonderzoeknaar de gegevens of door verbetering van sluitings-procedures tegen relatief lage kosten een kleinereoverstromingskans van het kunstwerk worden be-reikt.V o l g e n d e f a s eOp dit moment zijn in het projectbureau de metho-den voor de bepaling van overstromingskansen vandijkringen uitontwikkeld. De volgende fase van hetproject is ingegaan, waarin via een Europese aanbe-steding verschillende marktpartijen in de gelegen-heid worden gesteld kennis te nemen van de metho-den en een representatief deel van de dijkringen teonderzoeken. Naar verwachting zullen aan het eindvan 2004 de resultaten van het project VNK bekendzijn en met de betrokken beheerders worden ge?va-lueerd. Vervolgens zal via het Directoraat GeneraalWater aan de staatssecretaris van Verkeer & Water-staat worden gerapporteerd. Meer informatie:www.minvenw.nl/rws/dww/vnkwww.nederlandleeftmetwater.nlL i t e r a t u u r1. Beem, R.C.A., Kunstwerken in waterkeringen.Cement 2000 nr. 7.A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pWa t e r b o u wcement 2003 710Sluizencomplex IJmuiden:vier schutsluizen, spuisluis,gemaal en waterkeringfoto: Dennis F. Beeck, Hoogezand