A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pL e z i n gcement 2005 3 17Eerste Cement-lezing door prof.ir. Rob Nijsse:ZEKERHEID,BESTAATDAT WEL?"1 |Rob Nijsse en de Wet vanMurphyWaarom studeert iemand nog Civiele Techniek ofBouwkunde? Wat is er leuk aan het vak van construc-teur? Welke uitdaging bieden berekeningen, belastingen,spanningen, veiligheid en de uitvoering? In de eersteCement-lezing, 24 maart jl., betoogde prof.ir. Rob Nijssevan ABT Adviseurs in Bouwtechniek als bekend construc-teur en pas benoemd hoogleraar (Universiteit van Gent)zijn visie op het vak en wat daaraan zo aantrekkelijk is,onder de noemer "Zekerheid, bestaat dat wel?" In hetAuditorium van de TU-Eindhoven luisterde een goedge-vulde zaal aandachtig geboeid naar zijn verhaal, geba-seerd op vele jaren praktijkervaring en doorspekt metanekdotes en verrassende voorbeelden. Over de wet vanMurphy en andere niet of nauwelijks te berekenen invloe-den.Rob Nijsse begon zijn voordracht met een schetsvan het actuele imago van de constructeur:"Vroeger, zo'n honderd jaar geleden, was een inge-nieur een mijnheer in jacquet met hoge hoed. Eenman van aanzien. Nu is het voor menigeen eensaaie technocraat. Dat verlies aan imago moeten weterugverdienen, ook door luidkeels te roepen hoegoed we zijn en door assertief te zijn. In de lijst vaneen bouwproject moet naast de naam van de archi-tect meteen de naam van de constructeur staan. Datkan door de kwaliteit van ons werk voor zichzelf telaten spreken."De titel van zijn voordracht verklaarde hij als volgt:"Zekerheid is waar iedereen naar streeft. Toch lukthet ons zelden om ergens `zeker' van te zijn. Altijdzijn er wel omstandigheden die wij niet kunnenoverzien of die wij niet kunnen voorspellen. Westreven constant naar een zo groot mogelijkeafstand tussen het gevaar - wat dat ook mag zijn - ende werkelijke situatie, de opnamecapaciteit van hetsysteem (een gebouw, de structuur die de aanvalvan buiten moet weerstaan). Het risico moet zoklein mogelijk zijn, en het verschil tussen de capa-citeit van het systeem dat we gebruiken en hetberoep dat de meest gevaarlijke situaties op het sys-teem doen, moet afdoende groot zijn.Veel vroeger was je bouwmeester en had je alle dis-ciplines in de vingers, maar Leonardo da Vinci wasde laatste die dat in zich had. Daarna is de kennis instukjes opgeknipt en zijn de verschillen gegroeid.Nu zien we, zwart-wit gesteld, een vaak extrovertearchitect in de publiciteit naast een stille construc-teur, een wat autistisch aandoende rekenaar op eenzolderkamertje. Terwijl de berekeningen die voorzekerheid moeten zorgen geen dagen werk meerzijn, maar dankzij de computer steeds beter ensneller klaar zijn. Alleen moet je wel de juiste gege-vens invoeren...."S o m b e r m e n sHij vervolgde: "Daarbij is een ingenieur vaak eensomber mens. Een storm die eens in de vijftig jaarvoorkomt, bepaalt zijn berekeningen, de toelaatba-"De Cement-lezing is een nieuw initiatief van redactie en uitgever van Cement. Dezelezing zal jaarlijks worden gehouden door een daartoe uitgenodigd constructief ont-werper, die als geen ander in staat is in het bouwproces, vanuit constructie, een brug teslaan naar andere belangrijke disciplines als architectuur, bouwkunde, bouwfysica engeotechniek.Op 24 maart jl. organiseerde de Eindhovense studievereniging KOers in samenwer-king met ENCI Media de eerste Cement-lezing. Prof.ir. Rob Nijsse van ABT Advi-seurs in Bouwtechniek, voor velen van u ook bekend van zijn columns in Cement,beet het spits af met de lezing `Zekerheid, bestaat dat wel'. De enthousiaste reactiesvan de toehoorders gaven in elk geval de zekerheid dat de Cement-lezing ook volgendjaar op de agenda zal staan: op donderdag 23 maart 2006 organiseert het Betondis-puut aan de TU-Delft de tweede Cement-lezing.Het volgende artikel is een resum? van de eerste Cement-lezing door prof.ir.Rob Nijsse.De volledige tekst kunt u overigens nalezen op de website www.vakbladcement.nl.re spanningen en belastingen. Hij belichaamt hetwantrouwen van de wereld. Toch storten dingen inen daarom zoekt hij zekerheid. Maar bestaat datwel? Tijdens een autorit loop je een beduidend gro-ter risico op een ernstig ongeval dan tijdens eenvliegreis, maar dat hogere risico wordt rustig geac-cepteerd terwijl er merkwaardig genoeg veel men-sen bang zijn om met een vliegtuig mee te gaan. Devaststelling hoeveel risico acceptabel is, kan dus inhoge mate subjectief zijn.Ook spelen economische overwegingen een rol.Het verkrijgen van zekerheid zal meer geld kosten.Voor de bouw bijvoorbeeld door meer en dikkerebalken, meer palen en de tweede draagweg waar-voor Bouwtoezicht Rotterdam zich zo hard maakt.Dit alles vereist meer geld. Geld dat we ook voorandere, leukere dingen willen gebruiken, zodat erweer aan de zekerheid wordt geknabbeld. Toch maariets minder dikke balken en, ach, een tweede draag-weg als de eerste nog goed is, dat is een beetje over-dreven, toch? Zo schipperen we heen en weer tussende wens naar zekerheid en het geld dat we daaraankwijt zijn."Zekerheid is gedefinieerd als de afstand tussen dewerkelijke capaciteit van een systeem en de belastingdie dit systeem zou kunnen verwerken. Nijsse kwamvervolgens met een aantal fundamentele vragen:1. Hoe groot, kwantitatief en kwalitatief, is datgevaar?2. Hoe groot worden de door dit gevaar opgeroepenspanningen in het systeem dat het gevaar moetweerstaan?3. Welke uiterste spanningen kunnen nog door hetmateriaal waaruit het systeem is opgebouwd, wor-den opgenomen?4. Welke afstand willen wij hebben tussen die uiterstopneembare spanningen en de door het gevaaropgeroepen spanningen?5. Wat is de invloed van de samenstelling, de uitvoe-ring? Is alles aangebracht zoals bedoeld en is datgoed, volledig gebeurd?"Veel vragen, waarop het moeilijk, zo niet onmoge-lijk is, een exact antwoord te geven. Allemaal factorendie aangeven dat 'iets' mis kan gaan. Ter illustratieeen gedicht van Theodore Fontane naar aanleidingvan de instorting van een spoorbrug over de Tay inSchotland op 28 december 1879. Deze ramp maakteveel indruk toentertijd omdat voor het eerst de kran-A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pL e z i n gcement 2005 3182 |De zaal luisterde aan-dachtig3 |Hoofdredacteur KeesKleinman overhandigtRob Nijsse een aanden-ken aan 25 columns inCementten en de telegrafie het nieuws op grote schaalbekend konden maken. Zoals (nog steeds) gebruike-lijk leidde het tot vragen in het parlement, en tot ditdoor mij vertaalde gedicht:`Waar spreken we met z'n drie?n af?Op het zevende uur, bij de brug,op de middenpijler.Ik kom uit het gesmolten materiaal.Ik kom door de lucht uit het zuiden.Ik kom uit de zee uit het noorden.En de brug moet naar beneden naar de grond,met de trein die de brug opkomt,rond het zevende uur.Ja, die moet mee;moet mee.Oog om oog, tand om tand;voor het bouwwerk van mensenhand.'Na grondig wetenschappelijk onderzoek, een vande eerste na een instorting, bleek dat tijdens eenstorm bij hoog water de middenpijler zodanig wasverzwakt dat de stalen brug de spanningen nietmeer aankon. De combinatie wind en treinge-wicht werd te veel en de brug stortte in. Deafspraak van de drie boze geesten bij de midden-pijler werd fataal. Deze instorting leidde tot velemaatregelen zoals materiaalonderzoek (het staalwas van niet al te goede kwaliteit), richtlijnen voorbouwtoezicht, onderzoek naar de wind en dekrachten door de golven uitgeoefend. Kortom,maatregelen om herhaling te voorkomen."C o n t r o l eNijsse legde uit dat er v??r 1900 amper werd gere-kend aan constructies en als dit al gebeurde, dan metsimpele modellen zoals balkmodellen en Cremona-diagrammen. "Er werd gebouwd op ervaring en in-tu?tie. Alleen door goed te kijken wat er was misge-gaan bij calamiteiten kwam men tot een aanpassingdie leidde tot de gewenste zekerheid. Nog steedsgeldt dat zo goed mogelijk proberen te werken enleren van fouten manieren zijn om beheersing vaneen proces te krijgen. Instortingen zijn menselijkeen zakelijke tragedies, maar ook signalen dat eenA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pL e z i n gcement 2005 3 194 |Loskomen van hetgebruikelijke denkenbracht ir. Brunel ertoedeze brug in het EngelseBristol te ontwerpen in1820, die pas in 1864werd gebouwd; eenvoorbeeld van ingeni-eurskunst volgens Nijsse.Foto: Clifton SuspensionBridge Trust5 |Meten is weten, duidelijkis dat deze glazen brughet gewicht van de stu-denten kan dragen.grens is bereikt. Signalen dat wij, de mensheid, ietsmoeten doen om een nieuwe catastrofe te vermijden.We moeten onderzoeken w?t er is misgegaan.De laatste tijd moet ik constateren dat dit niet meergebeurt. Balkons zeilen naar beneden, theaters inaanbouw storten in en parkeergarages zijgen als doorde jacht vermoeide hindes na enkele jaren ineen.Instortingen bij Hoorn, Maastricht en Tiel - onge-kend in de Nederlandse geschiedenis - hebben nietgeleid tot duidelijke aanpassingen. Integendeel, deoverheid trekt zich, langzaam maar zeker, terug uitde controlerende rol en legt de verantwoordelijkheidbij de opdrachtgevers en verzekeringsmaatschappij-en. Dat zien we ook aan de positie van Rijkswater-staat en Design & Construct-contracten bij grote pro-jecten. Waar staan we nu, zo'n 125 jaar na de instor-ting van de spoorbrug over de Tay?Controle is nodig, maar niemand kan zichzelf con-troleren. Nederland vergeet die controle nog weleens. De overheid treedt terug en de markt moet hetzelf regelen. Daarom moeten we de gesignaleerdeinvloedsfactoren op de zekerheid nader analyseren.Een oude tegeltjeswijsheid is `Meten is weten'.Maar meten we wel genoeg? Nee! De belasting vaneen constructie berekenen volgens een norm is nietgenoeg. Daarin staat hoeveel variabele belasting jemoet rekenen in een woonhuis, winkel, kantoor,restaurant et cetera. Laten we aannemen dat dit ver-antwoord is gebeurd, hoewel mij onbekend is hoe-veel veiligheid - overschatting dus - is ingebouwd.Vervolgens gaan de constructeurs in de huidigepraktijk verder door getallen aan te nemen voorafwerking vloer, gewicht plafond, leidingen eninstallaties en, een relatief grote post, lichte of ver-plaatsbare scheidingswanden. Zo groeit een veran-derlijke belasting van 2,5 kN/m2al snel aan tot5 kN/m2, zonder eigen gewicht.Vervolgens de wind. Op het offici?le kaartje uit deTGB zie je dat de windbelasting exact de grenzenvan de provincies volgt.... Terwijl een storm van allekanten komt in ons land. Eigenlijk weten we maarbitter weinig van de juiste winddruk. Bovendienhebben we slimmere oplossingen nodig voor zwarewindbelastingen die maar eens in de twintig jaaroptreden."C o m p u t e rDe komst van de computer heeft de laatste twintigjaar veel verbeterd, beaamde Nijsse. "Met onze com-puters en de eindige-elementenmethode kunnen wetot achter de komma de spanningen op elke positieten gevolge van elke belastingscombinatie bepalen.Zijn dit echter de werkelijk optredende spanningen?Klopt het in de computer ingevoerde berekenings-model wel met de werkelijkheid? Wij hadden bij ABTeen stagiair die voor een woning alle gegevens in decomputer stopte en vervolgens braaf meldde dat devloer omhoog zou komen. Zonder te twijfelen aanzijn ingevoerde gegevens! Ook het fenomeen reken-fout komt vaak voor omdat iets verkeerd wordt ge?n-terpreteerd of simpelweg vergeten. Verder bestaat deneiging om zeer uitvoerige modellen te maken omalle invloeden zoveel mogelijk mee te nemen. Juistdaardoor ontstaat gebrek aan overzicht en begripvoor de werking, waardoor de resultaten van de com-puter een onbetwist zo niet heilig karakter krijgen.Terwijl een onderbelast onderdeel anoniem tussende massa gegevens verborgen kan blijven, met alleeconomische gevolgen van dien.Het rekenwerk dat zich in de computer afspeelt isafhankelijk van allerlei aannames. We hopen dus opons correcte berekeningsmodel en we rekenen vol-gens de normen - en die zijn behoorlijk dik gewor-den. De normen zijn te omvangrijk, te uitgebreid ente gedetailleerd. De overheid wil alles vastleggen enregelen. Ingenieurs willen alle mogelijke gevallenanalyseren. Opdrachtgevers willen zeker weten dathun gebouw goed gaat functioneren. Door de uitge-breide regelgeving ontmoedigen ze ons werk: te veel,te complex, te ondoorgrondelijk. Wij leveren ons overaan foute interpretaties. Wij laten onze vindingrijk-heid verkommeren en zijn niet meer in staat de juis-te benadering te vinden."Zekerheid bieden volgens de ABT-man wel de maxi-maal opneembare spanningen in een materiaal,omdat je ervan kunt uitgaan dat de materiaalkwaliteittijdens het productieproces min of meer constant is.Iets anders is de benodigde afstand tussen de opna-mecapaciteit en de werkelijk optredende spanningenin een extreme situatie. "Wat is acceptabel en hoeveelmeer afstand moeten we inbouwen? Tien keer zoveelkost een boel geld en dat zal een zuinige Hollanderniet graag willen uitgeven. Waar ligt de grens?Tijdens de bouw van het Crystal Palace in Londen(1856) werd elke, voor het eerst op grote schaal toe-gepaste, gietijzeren balk tot drie keer de grootstmogelijke last vooraf beproefd. De huidige normenA r c h i t e c t u u r & o n t w e r pL e z i n gcement 2005 3206 |De slimste oplossing kie-zen bracht Nijsse ertoedeze glazen brug teconstrueren tussen tweegebouwen in BurgersDierenpark om aan dewensen van Welstandtegemoet te komenhouden 1,5 voor de variabele belasting aan en 1,2voor de rustende belasting. Dit lijkt redelijk scherp.Bij de gerealiseerde uitvoering maken zaken alstoleranties, maatafwijkingen en alle andere uitvoe-ringsduiveltjes het bouwen tot een moeilijk vak.Iedereen die wel eens een Ikea-kast in elkaar heeftgezet weet hoe vervelend de stap van papier naarwerkelijkheid is. De toelaatbare spanningen leidenonder de uitvoering als iets niet past en 'even' metde moker wordt bijgebogen. Onzekerheid over deuitvoering betekent een hogere veiligheidsfactor.Hoe hoog is bijzonder moeilijk te kwantificeren,want overal - van de palen voor de fundering tot debalken van het dak - wordt aan gewerkt en kan eenkwaliteitsverminderende invloed hebben.En een ongeluk komt nooit alleen. Het is altijd eensamenloop van verschillende oorzaken die het fata-le gevolg veroorzaken. De invloeden die de zeker-heid bepalen geven ons ook de middelen om foutenen onvolkomenheden te voorkomen."P r ? f - I n g e n i e u rWelke invloeden bepalen de zekerheid? De belas-ting, de berekening, de maximaal toelaatbare span-ningen in een materiaal, de veiligheidsfactor en deuitvoering."De belasting bepalen is wetenschap, meten enanalyseren. Daarmee zijn we nog lang niet klaar.Nieuwe materialen en technieken moeten uitge-breid worden beproefd alvorens ze op de marktkunnen worden toegelaten. Dat betekent certifice-ring, goedkeuring door een onafhankelijke instel-ling en co?rdinatie door de overheid.De berekening moet worden nagekeken door eenonafhankelijke instelling. Vroeger was dat hetgemeentelijk Bouwtoezicht, maar dit stelt door deonderbemanning concreet niet veel meer voor, eenuitzondering daargelaten. De recente instortingentonen dit aan. Mijn voorkeur is het Duitse systeemvan een Pr?f-Ingenieur die, betaald door deopdrachtgever, het werk volgt en controleert. InBelgi? gaat dat toezicht via de verzekering en dat isbeter dan het Nederlandse systeem, maar hetDuitse voorbeeld vind ik het best.Ook punt drie, de maximaal toelaatbare spannin-gen in een materiaal, is wetenschap, meten en ana-lyseren en met certificering en onder toezicht vande overheid.De huidige veiligheidsfactor is realistisch en vol-doende.Dan de uitvoering. Ook hier geldt `vreemde ogendwingen'. Op elke bouw moet er toezicht zijn, onaf-hankelijk van de uitvoerende partijen. Haastwerken geknoei kunnen niet worden getolereerd, wantze leiden onontkoombaar tot een verhoging van deveiligheidsfactor en dus tot nodeloos duurder bou-wen. Tenminste, als we dit zomaar accepteren. Con-troles zullen geld kosten, maar ik ben ervan over-tuigd dat een beter voorbereide en doordachtebouw zijn geld terugverdient. Vooral als met eenlagere veiligheidsfactor kan worden volstaan,omdat controle veel risicofactoren uitschakelt.Tot slot nog een laatste gedachte over zekerheid. Demeest geschikte constructies, geredeneerd vanuitveiligheid, zijn die constructies die waarschuwenvoor een overbelasting. Zo gaan houtconstructiespiepen en kraken en kan staal gaan vloeien als degrens bereikt dreigt te worden. De gebruiker krijgtdus de gelegenheid maatregelen te nemen.... of tevluchten. En dat is een veilige gedachte." A r c h i t e c t u u r & o n t w e r pL e z i n gcement 2005 3 217-9 | De constructeurbeleeft vreugde vanzijn werk met specia-le gebouwen, zoalsdeze `gestapeldeblokken' voor eenrestaurant op deVeluwe met 14 m uit-kraging en stalen bal-ken en bomen alstrek- en drukdiagona-len