7prae-adviezen IStu. Mats Beton Kunststoffen+beraad Pro. Mats Duurzaamheid i.o.CRITERIA? technisch haalbaar?urgentie? financi?le inbreng buiten EZ?onderzoekcapaciteit? internationale afstemming? samenhangend geheelVoorliggend voorstel ICement XXXII (1980) nr. 4Duurzaamheid van betonnenoffshore-constructiesVan beleid via co?rdinatie tot techniekDe hier geplaatste ondertitel werd gebruikt door irW.R.de Sitter tijdens een bijeenkomst opvrijdag 30 november 1979 te Utrecht, die was gewijd aan onderzoek van beton in zee. Dezebi jeen komst was georganiseerd doorde CUR-VB insamenwerking metde stu urgroep 'Beton enkunststoffen' van het Marien Technologisch Speurwerk (MaTS), de Stichting Materiaalonder-zoek in de Zee (SMOZ) en het Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL).Ir.De Sitter, voorzitter van de projectgroep in oprichting 'Duurzaamheid offshore constructies'gaf een toelichting op het preadvies dat door zijn groep ten behoeve van het onderzoek op ditgebied is voorbereid. Door het Ministerie van Economische Zaken wordt dit preadvies naarwordt verwacht met een subsidie gehonoreerd. Aan zo'n subsidie is wel de voorwaardeverbonden dat ook van de zijde van de industrie voldoende, in geld uitgedrukte belangstellingbestaat.Aan de technische en de technologische facetten van het bouwen op ;zeezijn in dittijdschrift alverschillende artikelen gewijd. Dat geldt evenzeer voor de research, die dikwijls een investeringvormt met het oog op toekomstige ontwikkelingen. Uiteraard ligt hieraan een beleid tengrondslag. Zowel de overheid als het bedrijfSleven vinden dat de ontwikkelingen van hetbouwen op zee moet worden gestimuleerd. Daartoe is het nodig het kennispeil op dit gebied teverhogen.Wordt dan met een omvangrijke markt voor het bouwen op zee gerekend? De verwachtingenvoor de komende 5 tot 10 jaar, althans wat het NederlandSe deel van het Continentale Platbetreft, zijn bescheiden. Maar deze bouw behoeft zich niet tot dit gedeelte van de Noordzee tebeperken. AI zijn op het ogenblik de economische en politieke factoren minder gunstig, welhebben betonnen produktieplatforms in de Noordzeeaangetoond hoe snel een ontwikkeling ingang kan worden gezet. Er bestaan veelbelovende ontwerpen voor drijvende of diepdrijvendeplatforms voor de winning van olie en gas en de opslag en overslag van gas en LNG-produktie.Ook voor andere fabrieksinstallaties kunnen dit soort betonnen platforms worden verwacht.Een bijzondere plaats hierbij nemen de drijvende Otec-installaties in, waarmee energie wordtgewonnen uit temperatuurverschillen in de oceanen. In het verdere verschiet liggen de con-structies dieop de zeebodem worden geplaatst. Dergelijke constructies worden vermoedel ijk inNederland niet gebouwd, maar toch biedt deze ontwikkeling mogelijkheden voor het Neder-landse bedrijfsleven, mits dat bedrijfsleven een bijzondere plaats op grond van de daartoeverworven nodige kennis zal weten uit te buiten.Als voorbeeld voor het uitstralend effect van geavanceerde kennisen ervaring geldt het bouwenmet elementen van geprefabriceerd beton. Onmiskenbaarstaat deze in Nederland op hoog peil.De desbetreffende bedrijfstak leidt desondanks in eigen land een moeilijk bestaan. Echterinhetbuitenland worden door Nederlandse bedrijven op dit gebied spectaculaire werken gereali-seerd, met name in het Midden-Oosten. Daarom mag worden gesteld dat een hoog kennisni-veau, mits goed uitgebuit, kan leiden tot een toenemendebedrijvigheid. Bij het onderzoek naarde mogelijkheden van offshore-constructies dienen dus niet alleen de activiteiten op hetNederlands Continentale Plat te worden nagegaan.Deze gedachteligtten grondslag aan de studieen de research binnen deCUR, in samenwerkingmet de bovengenoemdeinstanties. De nog niet genoemde Industri?le Raad voor de Oceanolo-gie (IRO) speelt een belangrijke rol bij het vaststellen van het beleid en dient de minister vanEconomische Zaken van advies.Ten behoeve van de co?rdi natie werd door IRO de adviescommissie voorMarien TechnologischSpeurwerk ingesteld en via deze adviescommissie zijn contacten tot stand gekomen, is eroverleg gevoerd en werd samenwerking aanqeqaan met andere groeperingen, waarvan deCUR-VB er??n is. Gezamenlijk zijn voorstellen uitgewerkt ten behoeve van noodzakelijk geachtonderzoek. Bij de beoordeling van de voorstellen werden deze getoetst aan een aantal criteria,zoals: technische haalbaarheid; de behoefte; de mogelijkheid van verdere financiering teraanvulling van de subsidie van Economische Zaken; de capaciteit van het in te schakelenonderzoekingsapparaat; inpasbaarheidinhet internationale gebeuren; de vraag of de voorstel-len een zodanig samenhangend geheel vormen dat meer wordt verkregen dan de som van deafzonderlijke projecten.219Nieuwe omstandigheden:_marien milieu; zout water, flora/fauna._hoge druk onder water._moeilijke bereikbaarheid.Nieuwe toepassingen:_drijfvermogen._inwerking olie op beton._thermische belasting door warme olie.Cement XXXII (1980) nr. 4Witte vlekken in onze kennisBeton is in hetechte offshore gebeuren een betrekkelijk nieuw materiaal. Datgeldtzekervoordeoliemaatschappijen die traditionele staalgebruikerszijn. Bij zulke opdrachtgevers zal eerder devraag worden gesteld of beton wel duurzaam is, wat de consequenties zijn van scheurvorming,op welke wijze het betonstaal en het voorspanstaal extra kan worden beschermd en hoeschadegevallen kunnen worden geconstateerd en gerepareerd. Ook degenen die met hetmateriaal beton vertrouwd zijn, kunnen op deze vragen nietaltijd een afdoend antwoord geven.De leemtes in onze kennis zijn vooral het gevolg van de extreme onstandigheden waaronder opzee moet worden gebouwd en waaraan de constructie gedurende zijn levensduur zal zijn blootgesteld: het mil ieu, het zoute water, de flora en de fauna. Over de wijze waarop een constructiedaar of aan de kust wordt belast door storm, golfslag en stromingen is al menig artikelgepubliceerd. Via probabilistische ontwerpmethodes zijn wij in staat de optredende belastin-gen te bepalen, alsmede de sterkte van constructies met een redelijk betrouwbare faalkans.Bi j het onderzoek van een constructie die op zee moetfunctioneren, kunnen voorde uitgeoefen-de belastingen en andere invloeden een drietal zones worden onderscheiden. Deze bevindenzich resp. boven water, in het grensgebied van water en lucht en onder water. Bij het voorstelvoor het onderzoek naar de duurzaamheid van offshore-constructies ligt het accent groten-deels op het gedrag van de constructie onder water.Voor wat betreft de eigenaardigheden van de water en luchtzone (splash-zone) is er in beginsel'al een aanzienlijke ervaring beschikbaar uit dekustwaterbouw, sluizen, steigers, bruggen, enz.Deze ervaring zou door een systematische verzameling van gegevens nog aanzienlijk kunnenworden omgezet in wezenlijke kennis van de fenomenen, CUR-commissie B 23 'Duurzaamheidmaritieme constructies' is op dat gebied werkzaam.Het gedrag van beton onder waterOver het zeewater als milieu voor het bouwwerk is nog niet veel bekend. Er is enig onderzoekgeweest in zeewater tot een diepte van 100 m. Verder onderzoek, ook in de diepere zeelagennaar de samenstelling van het zeewater, is zeker gewenst.Een van de belangrijkste invloeden betreft het blootstellen van een constructie aan een zeerhoge, constant aanwezige hydrostatische druk. Deze druk kan tot gevolg hebben dat het(zee)water in het beton wordt gepenetreerd. Er wordt wel aangenomen dat met water door-drengd beton aan oorspronkelijke druksterkte zal verliezen.Bij de mogelijkheid van waterpenetratie, rijst onmiddellijk de vraag welke schadelijke stoffenmede het beton kunnen binnendringen. Dit besef heeft geleid tot de aanbeveling van verderonderzoek betreffende:? effect van zeewater op grote diepte? nieuwe betonsoorten voor offshore constructies? spanningscorrosie van voorspanstaal.Rekening houdend met criteria zoals industri?le belangen, milieu-overwegingen, veiligheids-aspecten en verdieping van kennis en inzicht, lijkthet uiterst zinvol nader te onderzoeken inhoeverre de eigenschappen van normaal grindbeton, nog voor verbetering vatbaar zijn. Inwezen komt dit neerop deontwikkeling van nieuwe betonsoorten, doorandere toeslagmateria-len en/of andere bindmiddelen toe te passen. Meer in concreto ligt erthanseen verzoek om deveranderingen van de volumieke massa van lichtbeton ten gevolge van wateropname tebestuderen. In verband met hetgewenste drijfvermogen van bepaalde typen constructies komtnl. zowel massief lichtbeton als grindbeton met holle compartimenten in aanmerking.In tegenstelling tot de wisselende weersomstandigheden boven de zeespiegel, vormt hetdiepere zeewater een vrijwel constant milieu; het is er altijd nat, er is weinig beweging, detemperatuurschommelingen zijn gering en het water is zuurstof arm. In verband met de grotehydrostatische druk en daarmee de kans op waterpenetratie zijn meer nauwkeurige gegevensomtrent de samenstelling van het zeewater noodzakelijk. Deze gegevens zijn nodig om na tegaan in hoeverre er zich chemisch-mineralogische reacties kunnen voordoen, waarbij kiezel-zuur, kalk en koolzuur zijn betrokken. In welke mate wordt de stabiliteit van de cementsteenbe?nvloed; is het mogelijk dat de cementsteen wordt aangetast als gevolg van depenetratie vanchloriden en alkali?n? Men wil door middel van expositieproeven, alsook in het laboratoriumtrachten hierop een antwoord te geven.Bij de bouw van betonconstructiesspeeltop de achtergrond steeds de zorg mee voorvoldoendebescherming van het wapening- en voorspanstaal. Aangezien bij de bouw van offshore-constructies het voorspanstaal een relatief belangrijke rol speelt, is ook de vraag naar vorengekomen of onder de geschetste omstandigheden het risico voor spanningscorrosie enwaterstofverbrossing van hetvoorspanstaal niet te grootzal zijn.Erzijn voorstellen gedaan vooronderzoek naar de voor- en nadelen van het aanbrengen van enerzijds zinkbekledingen opvoorspanstaal en omhullingsbuizen, anderzijds van kunststofbekledingen en het toepassenvan kunststofomhullingsbuizen. Maar tegelijk is het gewenst na te gaan wat de economischeconsequenties zijn van dergelijke duurzaamheidsverhogende maatregelen.Olie-inwerking op betonEen visie op de toekomst van de offshore-constructies is ternauwernood denkbaar zonder datdeze vooreen deel betrekki ng heeftop dewinning, het transport en de opslag van olie. Met namein de opslagtanks komt olie of afwisselend olie en zeewater direct met het beton in aanraking.Ten aanzien van de schadelijke invloed daarvan, moet onder meer worden nagegaan wat ergebeurt op het scheidingsvlak olie/zeewater in een al of niet ana?roob milieu. Wijkomen hierop220Inventarisatie (voorbij)Onderzoek doen (nu)? co?rdinatie? afstemmen op internationaal gebeuren? bijsturen technisch ?n behoefte?meer dan 20 research voorstellen? een tiental onderzoek instellingenCement XXXII (1980) nr. 4hetterrein van devoorbouwtechnici mindervertrouwdechemieen biochemie. Hetzou mogelijkzijn dat hier bacteri?nwerking optreedt, waarbij betonaantastende produkten ontstaan. Het zijnniet alleen de olieresten. maar ook de aanwezigheid van micro-organismen in ana?roobzeewater waarvan het rottingsproces schadelijk voor beton kan zijn. Afgezien van het feit datbacterie-aantasting dooreen aantal praktische maatregelen kunnen worden bemoeilijkt, wordtdesondanks nader onderzoek naar biochemische aantasting noodzakelijk geacht.Een ander aspect verbonden aan de opslag van olie die na de winning een vrij hoge temperatuurheeft, is het scheurgedrag van een betonconstructie. Dit scheurgedrag heeft invloed op destijfheid en daarmee op dekrachtwerking, Een bijkomend aspect is de kans van corrosie vanbetonstaal en voorspanstaal.In het voorstel tot nader onderzoek komt een literatuurstudie voor naar de warmtegeleiding,thermische uitzetting en de relaxatie bij betonconstructies; voorts een onderzoek naar destijfheid van en de scheurwijdte in gescheurde constructiedelen. Ook wordteen literatuurstudienaar de corrosie vanwapeningstaal in gescheurde constructiedelen aanbevolen.Inspectie en reparatieConstructies buitengaats in het algemeen en offshore-platforms in het bijzonder onderschei-den zich door:? een slechte toegankelijkheid van kritisch belaste onderdelen;? een tamelijk lange vereiste levensduur (30 tot 50 jaar)? een relatief hoge gebruiksbelasting en een realistische kans van optreden, zelfs overschrijdenvan de ontwerpbelasting.Dit, gecombineerd met de noodzaak het veiligheidsniveau op een voldoend hoog peil tehandhaven, vormt een van de belangrijkste drijfveren om dit soort constructies te willeninspecteren of inhaar gedragingen tewi Ilen voIgen. Dezeinspectiezal men wi lIen beperken tot:? onderdelen die van doorslaggevende betekenis zijn voor de veiligheid;? gevallen waarbij goede uitvoering en kwaliteitscontrole tijdens de bouw geen volledige zeker-heid bieden dat een bepaald euvel niet zal optreden;? zwakke plekken, zoals reparaties, die tijdens deaantastingsvormen zoals overbelasting, corro-sie, vermoeiingserosie en oplossing van het beton door zuurinwerking, het beste kunnenworden waargenomen. Men kan hierbij denken aan inspectie (incidentele waarneming) of aanbewaking (min of meer continue waarneming).Het blijkt dat certificerende instanties zoals Det Norske Veritas tamelijk gedetailleerde richtlij-nen bezitten en deze in overweging nemende, is besloten tot de volgendeonderverdeling van debehoeften, namelijk:? het lokaliseren van gebieden die extra aandacht vragen, anders dan de gebieden die daarvoor alaangewezen waren op grond van ontwerp- en constructiegegevens,? het beoordelen van de ernst en omvang van geconstateerde afwijking van het normale beeld.Lokaliseren is absoluut noodzakelijk en hetwillekeurig zoeken naar gebreken is zinloos. Bij hetbeoordelen van de ernst en de omvang van geconstateerde aantasting van staal of beton stuitmen op technische en praktische hindernissen. Aan de hand van een lokaal onderzoek valt nogweinig te zeggen omtrent de aard en de ernst van de schade, terwijl over de omvang alleen eenindrukkan worden gekregen doorhet lokale proces te herhalen. Dit is natuurlijkeen tijdrovendeen kostbare gang van zaken. Men wil nagaan in hoeverre dergelijke schadegevallen kunnenworden beoordeeld aan de hand van elektrochemische potentiaalmetingen en akoestischemethodes.Ofschoon een goed ontworpen betonconstructie over het algemeen geen beschermende laagnodig heeft, kan daar in bijzondere gevallen toe worden besloten. Dat geldt met name bijconstructies in zee, waar een extra zekerheid gewenst is ter plaatse van reparaties of kritiekepunten in de constructie, of om bijvoorbeeld aangroei van mariene organismen tegen tegaan.Beschermlagen die uit reparatie-overwegingen naderhand in zee worden aangebracht, dienennatuurlijk zelf bestand te zijn tegen de voorkomende aantastingsmogelijkheden. Het is verdervan belang dat deze lagen zich goed aan de ondergrond hechten, bewegende scheuren kunnenoverbruggen en derhalve minstens dezelfde vervormingseigenschappen moeten hebben dande ondergrond. De methodes om de reparaties (onder water) aan te brengen moeten zoeenvoudig mogelijk zijn, aangezien dit geschiedt door duikers, dus leken op betongebied.Evenzo moet een goed doordachte bekisting worden ontworpen.AI wordt de voorkeur gegeven aan een cementgebonden mortel om het beschermende alkali-sche milieu voor de wapening te herstellen, ook het gebruik van kunstharsmortels is nietuitgesloten, ofschoon de ervaringen daarmee, wat betreft de aanhechting, tot dusver beperktzijn tot het aanbrengen op een schoongemaakte en geprepareerde ondergrond.Het voorstel voor onderzoek betreft dus niet alleen de hechtsterkte aan beton van onder wateraangebrachte cementgebonden reparatiemortels, maar ook de ontwikkeling van kunstharsenvoor reparaties onder water.Tot besluitVoor het onderzoek naar de duurzaamheid van betonnen offshore-constructies werd eenprogramma opgesteld dat een looptijd heeft van ca. 5 jaar. En passant werd in het voorgaandegewezen op een aantal voorstellen voor nader onderzoek. Maar in totaal bevat het programma22 onderwerpen waarbij een instellingen zijn betrokken. Het daarmee gemoeidebedragbedraagtbijna f 7 miljoen, Vervolg op blz. 228221SlotHet voorgaande is een poging enig inzichtte verschaffen inde ontwi kkelingen bi j het onderzoeknaar het gedrag van betonconstructies bij brand, alsmede in de wijze waarop constructeursbinnenafzienbare tijd eventuele pyromane neigingen middelseen rekencode kunnen uitleven.opzetten van eenvoudige grafieken, waarmee in voorkomende gevallen de consequentiesdirectkunnen worden afgelezen.Een voorlopig resultaat is gegeven in figuur 19.Uitdezefiguurblijkt dat, indien wij de maximaal voorkomende eis van 2 uur brandwerendheid hanteren,hieraan bij volbelasting in het algemeen kan worden voldaan door de balk met een breedte vanruim 30 cm, indien de in de VB aangegeven betondekking voor agressief milieu wordt aanqe-houden. Let wel, hierbij is nog geen rekening gehouden met gunstige factoren zoals inklem-mingsmomenten.Er wordt naar gestreefd op deze wijze een 'veilig' gebied te begrenzen, waarbij voor de meestvoorkomende gevallen, zonder veel extra rekenwerk, kan worden gesteld dat betonconstruc-ties ontworpen en uitgevoerd volgens de VB voldoen aan de brandwerendheidsnormen. Datzalzeker niet altijd lukken, maar voor die gevallen hopen wij dan dat een niet al te ingewikkelderekenprocedure beschikbaar komt.literatuur1. FIPICEB, Recommandations for the design of reinforced and prestressed concrete structuralmembers tor fire resistance; Londen, FIP, 1975.FIPICEB, Report on methods of assesment of the fire resistance of reintoreed and prestressedconcrete structural rnembers: Londen, FIP, 1978.3. NEN 3801,3892,3893; Rijswijk, NNI.4. Design and detailing of concrete structures for fire resistance; Londen, The institution ofStructural Engineers, 1978.5. Design for fire resistance of precast, prestressed concrete; Chicago, Prestressed ConcreteInstitute, 1977.6. Concrete for fire resistant construction, Cembureau report; Wexham Springs, Slough, C&CA,1979.7. European recommendations for the design of substructures exposed to the standard fire:uitgave ECCG, verkrijgbaarbij TNO-IBBC.Lambrechtse van Ritthem, C.L.M., Analyse brandweerrapporten 1974-1977; verkrijgbaar bijVerkoopassociatie Nederlands Cement, 's-Hertogenbosch.9. Het spatten van grindbeton en lichtbeton bij brand; concept CUR-rapport nr. 98; (deelsverschenen in Engelse versie, Heron 1979 nr. 2).betondekkingvolgens deV.B.'74__i_ef_35mmdroog 20mmmilieugewapend grindbetOII1 2 3in h19Brandwerendheid van betonbalkenc balk op2 steunpunten.t kritieke staaltemp: 5OQ'C.EEb.5Vervolg van blz. 221(Duurzaamheid van betonnen offshore-constructies)Ir.De Sitterwees er in zijn voordracht op dat bij de inventarisatie ten behoeve van het genoemdepreadvies ook kennis is genomen van buitenlandse onderzoekprogramma's, zoals onder meerhet Engelse programma 'Concrete in the Ocsans'. Ten aanzien van mogelijke overlappingenvan de programma's onderling, merkte hij op dat men zich niet kanpermitteren om onderwer-pen die algemeen in de belangstelling staan, aan andere landen over te laten. Bovendien kanalleen nuttig gebruik worden gemaakt van het werk dat buitenslands geschiedt wanneer menzelf ook op dat terrein werkzaam is geweest.Niettemin moet worden vastgesteld dat dupliceren geen zin heeft. Daarom is bij het vaststellenvan het programma tevens rekening gehouden met hetgeen in andere programma's is opgeno-men. Uitwisseling van gegevens op internationaal niveau zal, gezien de goede relaties, geenproblemen opleveren.Tot slot moet nog worden opgemerkt dat dit overzicht zich heefttoegespitstop hetgeen nog nietbekend is omtrent het gedrag van beton. Men zou hieruit, alsmede uit de opsomming van allemogelijke vormen van aantasting en agressie, kunnen constateren dat het toepassen van betononder de geschetste extreme omstandigheden nogal wat risico's met zich brengt. De goedeverstaander weet echter dat ontwikkelingen gestimuleerd worden door een kritische instellingten aanzien van mogelijk feilen.literatuur1. Subsidie-aanvraag 'Duurzaamheid betonnen offshore-constructies, 2e fase' en de daarbijbehorende Appendix; opgesteld door CURIVB in het kader van het MaTS-onderzoek2. Toelichting van irW.R.de Sitter op deze subsidieaanvraag, tijdens een bijeenkomst te Utrechtop 30 november 1979.ing. M.G.P.NelissenCement XXXII (1980) nr. 4 228