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