In het Betonakkoord [1] is door opdrachtgevers, toeleveranciers en opdrachtnemers afgesproken de betonsector te verduurzamen. Opvallend is dat bij de partijen die het akkoord hebben ondertekend, constructeurs ontbreken. Dat terwijl een constructeur juist een grote invloed heeft op het bereiken van de ambities. Door de ontwikkeling van regelgeving krijgt de constructeur echter te maken met strengere regels, waardoor vaak meer wapening nodig is of nieuwbouw de voorkeur krijgt boven hergebruik. De vraag is of dat altijd terecht is.
In het Betonakkoord zijn diverse ambities
vastgelegd, onder meer 30% CO?-reductie
in 2030 ten opzichte van 1990, 100% hoog -
waardig hergebruik van vrijkomend beton
in 2030 en per direct minimaal 5% vervan -
ging van het totale volume toeslagmateri -
alen door betonreststromen.
Rijkswaterstaat
heeft de ambitie om zelfs al in 2030 circulair te werken.
De invloed van de constructeur bij deze ambitie reikt
verder dan veel mensen denken. Zo speelt hij een rol bij
de beoordeling van bestaande constructies. Vaak wordt
besloten die te vervangen, waarbij de vraag kan worden
gesteld of dat altijd nodig is. Natuurlijk spelen de betonvoorschriften voor die
constructeur een belangrijke rol. Over het algemeen
geldt dat door de wijzigingen in die voorschriften door
de jaren heen, onder meer op het gebied van dwars-
kracht, de hoeveelheid toegepaste wapening is toegeno-
men. En dat door die wijzigingen bestaande constructies
IR. ROB
VERGOOSSEN
Leading professional
structural engineering
Royal HaskoningDHV auteur
Door wijzigingen in voorschriften, onder
meer op het gebied van dwarskracht,
is de hoeveelheid toegepaste wapening
toegenomen
eerder worden versterkt of afgekeurd. Uiteraard komt
dit de duurzaamheid niet ten goede. Toch bieden die
voorschriften soms meer mogelijkheden dan je op het
eerste gezicht zou denken.
Onterecht afkeuren van bestaande
constructies
Een constructeur kan impact hebben op duurzaamheid,
door een vakkundige beoordeling van bestaande kunst-
werken. Naar mijn mening wordt, in het ontwerp en bij
de herbeoordeling, onterecht uitgegaan van een levens-
duur van een constructie. Die levensduur is nodig om de
grootte van de representatieve belastingen te bepalen.
In het Betonakkoord [1] is door opdrachtgevers, toe leveran ciers
en opdrachtnemers afgesproken de betonsector te verduur
zamen. Opvallend is dat bij de partijen die het akkoord hebben ondertekend, constructeurs ontbreken. Dat terwijl een
constructeur juist een grote invloed heeft op het bereiken van de ambities. Door de ontwikkeling van regel geving krijgt de
constructeur echter te maken met strengere regels, waardoor
vaak meer wapening nodig is of nieuw bouw de voorkeur krijgt
boven hergebruik. De vraag is of dat altijd terecht is.
BETONVOORSCHRIFTEN
ZITTEN DUURZAAMHEIDS-
AMBITIES IN DE WEG
82? CEMENT 3 2021
Deze belastingen worden immers bepaald uit de over-
schrijdingskans ervan in deze voorziene tijdsperiode.
Maar dit betekent niet dat een constructie is overleden
nadat deze periode is verstreken. Een constructie leeft
niet en sterft dus ook niet. Als een constructie als oud wordt geclassificeerd,
wordt daar (wellicht onbewust) een negatieve classifica -
tie aan gehangen. Oud en versleten, oud en opgegeven.
Door gebrek aan kennis over bestaande constructies en
de gebruikte ontwerpuitgangspunten, zoals tekeningen
en berekeningen, worden 'conservatieve' uitgangspun -
ten en modelleringswijzen gekozen. Vervolgens wordt op
basis van dit model geconcludeerd dat een bestaande
constructie niet aan de huidige eisen voldoet. Hiermee
zou dan de technische levensduur geëindigd zijn. Bijko-
mend voordeel van het opgeven van een bestaande con -
structie is dat iets nieuws ontworpen kan worden.
Waarbij er meer vrijheden zijn en waarbij bovendien
de uiteindelijke beslisser (de politicus) bij opening een
publiciteitsmoment kan hebben.
Wat goed is om je te realiseren, is dat ten opzichte
van de tijd dat veel afgekeurde constructies zijn gebouwd,
er nu een grote technologische ontwikkeling ontbreekt:
de ontwikkeling in het beton en wapeningsstaal is relatief
beperkt. Die ontwikkeling is dus geen reden om tot ver
-
vanging over te gaan ? wat bij bijvoorbeeld je mobiele
telefoon, computer of auto wel het geval is. De huidige
staalkwaliteit is weliswaar ongeveer een factor 2 hoger
dan in de jaren 50. Ook vragen we als constructeur tegen
-
woordig hogere betonsterktes. Daar tegenover staat dat
door de doorgaande sterkteontwikkeling van het beton
de huidige sterkte van bestaande constructies [2] (bij
-
voorbeeld C35/45), veelal hoger is dan voor nieuwe con -
structies wordt gevraagd (bijvoorbeeld C25/30 of C30/37).
Verder geldt dat er pas sinds de jaren 90 in de ont-
werpnormen wordt gesproken over een referentieperio-
de voor belastingen. Constructies van vóór die periode
zijn dus indirect voor de eeuwigheid ontworpen, zolang
de constructie voldoende weerstand kan bieden aan de
daarop werkende belastingen.
Hergebruik in plaats van sloop?
Uiteraard is in sommige gevallen toch een nieuwe con -
structie nodig. Als een snelweg wordt verbreed, moeten
viaducten over deze weg hier ruimte aan bieden. Wel is
er vaak in het ontwerp al rekening gehouden met ver-
breding met één rijstrook. Echter de toename van het
verkeer is soms zo groot dat de constructie na drie of
vier decennia toch niet langer voldoet. Om de hinder voor de weggebruiker te beperken,
wordt een bestaande constructie in de regel zo snel
Door gebrek aan kennis over
bestaande constructies en gebruikte
ontwerpuitgangspunten worden
conservatieve uitgangspunten
en modelleringswijzen gekozen
mogelijk gesloopt, zodat het verkeer zo kort mogelijk
wordt gestremd. Het bestaande beton wordt dan tot be-
tonpuingranulaat verwerkt. In Nederland bestaat echter
circa de helft van alle viaducten uit geprefabriceerde
onderdelen. Deze elementen zijn, met wat inspanning,
demontabel. Bovendien zijn ze vanwege het ontwerpuit-
gangspunt 'geen trekspanning onder de (toen geldende)
karakteristieke belastingscombinatie' zeer robuust ont-
worpen. Hierdoor blijft onder de tegenwoordige karak -
teristieke belastingscombinatie de trekspanning kleiner
dan de treksterkte, zodat de doorsnede rekenkundig
ongescheurd blijft. Daarmee wordt zowel aan de huidige
scheurwijdte-eisen als aan de vermoeiingseisen voldaan.
In de huidige ontwerpen zijn deze eisen veelal maatge-
vend boven de uiterste grenstoestanden.
Dwarskracht
Door menig constructeur wordt geopperd dat de dwars-
krachteisen zijn gewijzigd en in bestaande constructies
vaak geen (of onvoldoende) dwarskrachtwapening aan -
wezig is. Maar ook volgens de huidige eisen zijn con -
structies zonder dwarskrachtwapening mogelijk. In
gewapende en voorgespannen plaatconstructies kan
volgens artikel 6.2.2 van Eurocode 2 [3] in sommige
gevallen worden aangetoond dat deze elementen geen
berekende dwarskrachtwapening nodig hebben. In het
tweede lid van dit artikel staat dat in de delen van vrij
opgelegde voorgespannen elementen die door buiging
ongescheurd zijn, de dwarskrachtweerstand beperkt
wordt door de treksterkte van beton. Met andere woor-
den: de maximale hoofdtrekspanning in een voorge-
spannen element moet kleiner zijn dan de rekenwaarde
van de treksterkte. Dit is dezelfde manier van rekenen
als in de betonvoorschriften [o.a. 4] G.B.V. 1912 tot en
met G.B.V. 1962 en de Richtlijnen voorgespannen beton
1957 en 1967. Het verschil is alleen dat de veiligheidsfilosofie
destijds uitging van toelaatbare (schuine trek)spannin -
gen van 0,96 MPa bij een sterkteklasse K600 (ca. C40/50
volgens RBK 1.1). Volgens de Eurocode bedraagt de reken -
waarde van de treksterkte bij een cilinderdruksterkte
van f
ck =40 MPa: f ctd = 1,64 MPa. Indirect is dus als
opinie
CEMENT 3 2021 ?83
1 Principe wapening in landhoofd volgens buigingstheorie en Eurocode2 Wapening in bestaand landhoofd (1973) volgens staafwerkmodel
Ook volgens de huidige eisen
zijn constructies zonder
dwarskrachtwapening mogelijk
ondersteund zijn, zou naar mijn mening in de toekomst
ook voor nieuwe constructies gebruikgemaakt kunnen
worden van de plaatfactor uit de RBK 1.1, aangezien in
de nationale bijlage in België dit ook is toegestaan.
Modelleren
Een ander punt is de wijze van modelleren. Een funde-
ringspoer wordt tegenwoordig als een balk over meerde-
re (verende) steunpunten geschematiseerd (de palen).
Hierdoor gedraagt de constructie zich als een buigligger
en is er dwarskrachtwapening nodig. Vanwege de detail -
leringsregels in de Eurocode moeten, zelfs als reken -
technisch geen dwarskrachtwapening nodig is, de benen
van dwarskrachtwapening in langsrichting maximaal
op 300 mm afstand van elkaar staan. Bovendien moet in
dwarsrichting de hart-op-hart-afstand van de benen
maximaal 500 mm bedragen. Voor een funderingspoer
met een breedte van 2,5 m zijn in dwarsrichting dus
minimaal zes-snedige beugels nodig (fig. 1). Door horizontale krachten treedt er rekenkundig
in de balk ook wringing op. Hierdoor mag in de buiten -
beugel geen overlappingslas in het verticale deel worden
toegepast. Bij poeren van landhoofden ontstaat door de
horizontale component buiging in twee richtingen. Hier-
door komt het voor dat ook in horizontale richting de
minimale dwarskrachtwapening wordt toegepast. Euro-
code 2 geeft echter in paragraaf 9.8.1 aan: 'De wapening
in een poer behoort met de meest geschikte methode te
zijn berekend: ofwel met een staafwerkmodel ofwel met de
buigingstheorie'. Indien een constructeur kiest voor de
methode met staafwerkmodellen kan veelal alle dwars-
krachtwapening en wringwapening achterwege blijven,
totale veiligheidsfactor met een waarde 1,64/0,96 = 1,71
gerekend in het ontwerp. Dus zowel op de permanente
belastingen zoals eigen gewicht als de nuttige belastingen. Verder geldt dat verdergaande hydratatie van het
beton een toename van de karakteristieke kubusdruk -
sterkte bij prefab liggers blijkt tot gemiddeld f ck;cube =
90 MPa [5]. De rekenwaarde van de treksterkte, inclu -
sief de factor k
t = 0,85, neemt hierdoor toe tot gemiddeld
1,86 MPa, zodat gemiddeld nog eens 13% extra veiligheid
aanwezig is. Voor bestaande constructies kan dus ook voor
dwarskracht veelal voldoende weerstand worden aange-
toond en is rekenkundig dus geen dwarskrachtwapening
nodig. We zouden dus naar een nieuwe regel moeten als
'Hergebruik boven nieuwbouw', of 'Hergebruik tenzij?'.
Dwarskrachtwapening in nieuwe constructies?
Je kunt je hierdoor ook afvragen waarom we in nieuwe
constructies dan zoveel dwarskrachtwapening toepas-
sen. In mijn opinie is dit niet altijd noodzakelijk. In vrij
opgelegde voorgespannen constructies kan nog steeds
van de hoofdtrekspanningstoets worden uitgegaan.
Uiteraard is vanuit robuustheid wel enige wapening in
dwarsrichting in de vorm van beugels noodzakelijk.
Maar deze kan tot een minimum beperkt blijven.
Voor plaatvormige constructies die lijnvormig
1 2
84? CEMENT 3 2021
VERGELIJKING LIGGERS
Uit een vergelijking tussen de hoeveelheid wape-
ning en voorspanning in liggers in een viaduct uit
1980 (fig. 3) en liggers voor de uitbereiding van
datzelfde viaduct, ontworpen met de Eurocode
(fig. 4), blijkt dat in de nieuwere liggers 33% meer
voorspanstaal is toegepast dan in de bestaande
liggers. Ondanks deze grotere hoeveelheid voor-
spanning, is de hoeveelheid beugelwapening ook
met ruim een factor 1,4 toegenomen, ondanks de
relatief hoge hoeveelheid beugelwapening van
Ø10-300 (i.p.v. de eerder gebruikelijke Ø8-300) in
het ontwerp uit 1980. Bovendien zijn in de nieuwe
liggers nog langsstaven/flankstaven van in totaal
22 kg/m³ toegepast die in het ontwerp uit 1980 in
het geheel ontbreekt.
Uit een herberekening van de liggers uit 1980 blijkt
dat deze volgens het nieuwbouwniveau (NEN
8700/ Eurocode), gebruikmakend van specifieke
regels uit de norm, toch ook voldoen. Hierbij wordt
? in tegenstelling tot de nieuwe liggers ? gebruik -
gemaakt van artikel 6.2.2(2) voor vrij opgelegde
voorgespannen elementen zonder dwarskrachtwa-
pening. De liggers uit 1980 voldoen niet alleen aan
de uiterste grenstoestanden, inclusief vermoeiing
voor nog 100 jaar restlevensduur, maar ook aan de
eisen voor scheurwijdte. Ook de dekkingseisen op
betonstaal en voorspanstaal voldoen gewoon aan
de Eurocode voor 100 jaar ontwerplevensduur. Na
40 jaar gebruik bleek er overigens geen indringing
aan chloriden en carbonatatie te hebben plaats-
gevonden. Dit komt door de hoge kwaliteit van
deze prefab liggers.
LITERATUUR
1?Betonakkoord, Nootdorp, 10 juli 2018.
2?Richtlijnen Beoordeling Kunstwerken (RBK 1.1) : Beoordeling van de constructieve
veiligheid van een bestaand kunstwerk bij verbouw, gebruik en afkeur, RTD
1006:2013, 27 mei 2013, Rijkswaterstaat.
3?NEN-EN 1992-1-1, Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies -
Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen, 2005, inclusief wijzigingsblad
A1:2015 en nationale bijlage 2016 inclusief wijzigingsblad A1:2020.
4?Koninklijk Instituut van Ingenieurs, Gewapend beton voorschriften (G.B.V. 1918)
voorzien van toelichtingen en tekstfiguren door A.A. van der Vooren, Tweede druk
1925, L.J. Veen Uitgever, Amsterdam.
5?TNO-rapport, Analyse van de materiaaleigenschappen voor de bepaling van
het afschuifdraagvermogen van bestaande betonnen kunstwerken, TNO-060-
DTM-2011-01450-2, maart 2012.
6?Haalen, L. van, Milieubelasting betonkolom, Rekenen in de praktijk (12). Cement
2020/4.
7?In memoriam Ton Bruggeling. Cement 2015/7.
3 4
en kan met een gelijke wapening als in bestaande poeren
(fig. 2) worden volstaan.
Invloed constructeur
Door goed na te denken over de afmetingen van een be-
tonconstructie en de hoeveelheid wapening, valt een op-
timum te bereiken in het gebruik van grondstoffen [6].
Met een juiste keuze van modellering kan een construc-
teur tientallen procenten aan wapening besparen (zie
ook kader 'Vergelijking liggers'). Zoals al in de G.B.V. 1918
[4] in artikel 28 terecht was opgenomen: 'Het is de bedoe-
ling van de voorschriften om de techniek van het gewapend
beton te bevorderen. Het is dan ook niet de bedoeling dat
nieuwe constructiewijzen niet toegepast mogen worden of
dat deze voor de berekening gedrongen moeten worden in
het raamwerk van deze voorschriften.' Het motto van wijlen professor Bruggeling, 'Een
goede constructeur moet ook zonder enig voorschrift
een goede constructie kunnen ontwerpen' [7] onder-
schrijf ik van harte.
3 Voorspanstrengen (36 x 12.7 mm) (links) en wapening in ligger uit 1980
4 Wapening en voorspanstrengen (30 x 15.9 mm) in ligger (uitbreiding) volgens Eurocode CEMENT 3 2021 ?85
In het Betonakkoord zijn diverse ambities vastgelegd, onder meer 30% CO2-reductie in 2030 ten opzichte van 1990, 100% hoogwaardig hergebruik van vrijkomend beton in 2030 en per direct minimaal 5% vervanging van het totale volume toeslagmaterialen door betonreststromen. Rijkswaterstaat heeft de ambitie om zelfs al in 2030 circulair te werken. De invloed van de constructeur bij deze ambitie reikt verder dan veel mensen denken. Zo speelt hij een rol bij de beoordeling van bestaande constructies. Vaak wordt besloten die te vervangen, waarbij de vraag kan worden gesteld of dat altijd nodig is.
Natuurlijk spelen de betonvoorschriften voor die constructeur een belangrijke rol. Over het algemeen geldt dat door de wijzigingen in die voorschriften door de jaren heen, onder meer op het gebied van dwarskracht, de hoeveelheid toegepaste wapening is toegenomen. En dat door die wijzigingen bestaande constructies eerder worden versterkt of afgekeurd. Uiteraard komt dit de duurzaamheid niet ten goede. Toch bieden die voorschriften soms meer mogelijkheden dan je op het eerste gezicht zou denken.
Een constructeur kan impact hebben op duurzaamheid, door een vakkundige beoordeling van bestaande kunstwerken. Naar mijn mening wordt, in het ontwerp en bij de herbeoordeling, onterecht uitgegaan van een levensduur van een constructie. Die levensduur is nodig om de grootte van de representatieve belastingen te bepalen. Deze belastingen worden immers bepaald uit de overschrijdingskans ervan in deze voorziene tijdsperiode. Maar dit betekent niet dat een constructie is overleden nadat deze periode is verstreken. Een constructie leeft niet en sterft dus ook niet.
Als een constructie als oud wordt geclassificeerd, wordt daar (wellicht onbewust) een negatieve classificatie aan gehangen. Oud en versleten, oud en opgegeven. Door gebrek aan kennis over bestaande constructies en de gebruikte ontwerpuitgangspunten, zoals tekeningen en berekeningen, worden ‘conservatieve’ uitgangspunten en modelleringswijzen gekozen. Vervolgens wordt op basis van dit model geconcludeerd dat een bestaande constructie niet aan de huidige eisen voldoet. Hiermee zou dan de technische levensduur geëindigd zijn. Bijkomend voordeel van het opgeven van een bestaande constructie is dat iets nieuws ontworpen kan worden. Waarbij er meer vrijheden zijn en waarbij bovendien de uiteindelijke beslisser (de politicus) bij opening een publiciteitsmoment kan hebben.
Wat goed is om je te realiseren, is dat ten opzichte van de tijd dat veel afgekeurde constructies zijn gebouwd, er nu een grote technologische ontwikkeling ontbreekt: de ontwikkeling in het beton en wapeningsstaal is relatief beperkt. Die ontwikkeling is dus geen reden om tot vervanging over te gaan – wat bij bijvoorbeeld je mobiele telefoon, computer of auto wel het geval is. De huidige staalkwaliteit is weliswaar ongeveer een factor 2 hoger dan in de jaren 50. Ook vragen we als constructeur tegenwoordig hogere betonsterktes. Daar tegenover staat dat door de doorgaande sterkteontwikkeling van het beton de huidige sterkte van bestaande constructies [2] (bijvoorbeeld C35/45), veelal hoger is dan voor nieuwe constructies wordt gevraagd (bijvoorbeeld C25/30 of C30/37).
Verder geldt dat er pas sinds de jaren 90 in de ontwerpnormen wordt gesproken over een referentieperiode voor belastingen. Constructies van vóór die periode zijn dus indirect voor de eeuwigheid ontworpen, zolang de constructie voldoende weerstand kan bieden aan de daarop werkende belastingen.
Reacties
Hans de Vries - RWS-GPO 04 mei 2021 09:41
Tegenwoordig lijkt men ook te zijn vergeten waarom er eisen aan de levensduur van een constructie worden gesteld. In de jaren '90 is dit bedacht. Niet omdat de constructie (bijvoorbeeld) 100 jaar mee zou moeten gaan, maar omdat de opdrachtgever een robuuste constructie wilden hebben met zo hoog mogelijke beschikbaarheid. Dat laatste laat zich vertalen naar een minimum aan onderhoud door de kans op schade als gevolg van aantasting te beperken.