vakblad over betonconstructies 4 2012 vakblad over betonconstructies 4 2012 Dyckerhoff AG Postbus 2247, 65012 Wiesbaden, Germany Tel. +49 (0) 611/676 -1222, Fax +49 (0) 611/676 - 6 -1222 nl@dyckerhoff.com www.dyckerhoff.de Dyckerhoff ?maakt er meer van. Innovatieve bouwstoffen, internationaal aanwezig, 145 jaar traditie ? dit alles is verbonden met de naam Dyckerhoff. Onder het dak van de Buzzi Unicem Groep bieden wij oplossingen op het gebied van cement en beton aan klanten over de hele wereld. Het omvangrijke produkt- en dienstpakket is klantgericht, van betrouw- bare kwaliteit en innovatief. Om ook in de toekomst aan de hoge eisen die aan onze producten gesteld worden te voldoen, onderzoeken en ontwikkelen de ingenieurs en wetenschappers van het Wilhelm Dyckerhoff Institut onze producten continu verder, ook op het gebied van milieu en duurzaamheid. Innovatieve speciaalproducten en individuele service voor de betonwereld. Sterke merken voor succes. MIKRODUR ® gesichtete Feinstzemente NANODUR ® für Ultra High Performance Concrete UHPC VA RIODUR ® FLUIDUR ® TERRAPLAN ® SULFAD UR ® ????? ????????????????????????? Wilhelm Dyckerhoff Institut für Baustofftechnologie In het volgende nummer (5) verschijnt een artikel over sanering van brugdekken met Dyckerhoff VARIODUR DyB Anz Image 225x297_NL.indd 1 15.06.12 09:33 Dwarskrachtsterkte bestaande kunstwerken Dwarskrachtsterkte bestaande kunstwerken Cem ent Cem ent Extra dik 101893 ENCI. HEt CEmENt voor EEN zEkErE toEkomst ENCI doet al jaren méér dan het produceren en leveren van cement. We gaan steeds voor de beste kwaliteit. Voor duurzame producten aangepast aan de noden van de tijd. Voor een sterk en dynamisch partnership met onze klanten, en vandaag meer dan ooit voor eco- responsibility. In ons productieproces én in ons beleid. Zo hebben we, samen met onze klanten, oog voor de volgende generaties. Dat is ENCI. Vroeger, nu en in de toekomst. CMYK Meer over onze aanpak vindt u op www.eco-responsibility.nl WIj vErbINdEN oNs tot EEN duurzaam partNErsHIp 101893 ADV ECO-RESP 225x297 BOUW IQ ENCI.indd 1 25/10/11 14:46 Munterij 8, 4762 AH Zevenbergen ? Postbus 17, 4760 AA Zevenbergen ? T 0168 - 33 12 400 ? E info@bbtec.nl ? www.bbtectools.com "Structural Anchoring Systems" voor Constructieve Veiligheid Voor Constructeurs, Architecten, Staalbouwers, Aannemers, etc. Duidelijke en eenvoudige calculatiemethodes Het SAS? Handboek behandelt op eenvoudige wijze het complete Anker Specif catie Proces. Duidelijke installatie procedures Voor het voorkomen van fouten bij het plaatsen van Zwaarlast ankers. Kostenloze Calculatie Ondersteuning Van het B+BTec-SAS? Engineering team. Anker Test Service Onze SAS? Verankeringsspecialisten testen op locatie geïnstalleerde ankers of stekeinden en leggen de testresultaten vast in overzichtelijke testprotocollen . testresultaten vast in overzichtelijke testprotocollen . Constructieve Veiligheid door: Constructieve Veiligheid door: NIEUW VDP-Quartz Glas Capsule Ankers met ETA Goedkeuring Compleet vernieuwde Quartz samenstelling voor hogere belastingwaarden. Meer info: www.bbtectools.com MEER INFO: 0168 - 33 12 40 Onze SAS? Verankeringsspecialisten testen op locatie geïnstalleerde ankers of stekeinden en leggen de testresultaten vast in overzichtelijke testprotocollen CEMENT_10_11.indd 1 01-11-11 17:19 Piekstraat 77 3071 EL Rotterdam T 010 201 23 60 E info@imdbv.nl www.imdbv.nl Constructies Nieuwbouw Hergebruik Renovatie Benut iedere euro Benut iedere kilo Benut iedere kans 09 IMD - advertentie Cement v03.ind1 1 12-06-2012 11:42:02 inhoud 4 2 0 12 2 Inhoud 4 Aanpak dwarskrachtproblematiek T Groot onderzoek naar beoordeling bestaande kunstwerken. 8 Veiligheidsfilosofie bestaande bouw T Toepassing en interpretatie NEN 8700. 18 Beoordelingskader bestaande constructies T Constructies vaak sterker dan aanvankelijk gedacht. 26 Van RBBK naar RBK T Praktische toepassing van Eurocodes voor bestaande constructies. 30 Modellering verkeerslasten T Wegverkeersbelasting voor bruggen. 36 Betonsterkte bestaande constructies T Methode voor bepaling betonsterkte voor beoordeling constructies. 40 Afschuifdraagvermogen plaatviaducten T Onderzoek naar betonsterkte en krachtsafdracht bij steunpunten. 46 Spreiding puntlasten plaatviaducten T Experimenteel onderzoek en quick-scanmethode. 52 Beoordeling voorgespannen constructies T De praktijk van verfijnd herberekenen van voorgespannen constructies. 56 Langeduurbelasting T Effect van langdurige constante belasting op afschuifdraagvermogen. 62 Beoordeling gewapende constructies T De praktijk van herberekenen van bestaande gewapende betonconstructies. 4-94 Dwarskrachtsterkte bestaande kunstwerken Rijkswaterstaat is in 2007 een onderzoeksprogramma gestart naar het afschuifdraagvermogen van bestaande betonnen bruggen en viaducten. 96 Interview Adri Vervuurt Adri Vervuurt heeft zich bij TNO ontwikkeld van specialist pur sang naar generalist. Maar hij blijft ook actief met het echte onderzoekswerk. 116 'Flexibel' bekisten met vacuumatics Om vrije vormen in beton mogelijk te maken, kan gebruik worden gemaakt van zogenoemde 'vacuümconstructies' (ofwel vacuumatics). 95 Cementonline 127 Summary 12 8 Colofon 87, 104 Cement Vacant juli 2012 / jaargang 64 Redactioneel 4 2 0 12 Inhoud 3 68 Drukmembraanwerking T Effect van zijdelingse opsluiting van het dek bij omgekeerde T-liggers. 76 Richtlijn NL-EEM-berekeningen T Niet-lineaire analyses binnen Eurocode 2 en fib Model Code 2010. 82 Proefbelasten bruggen T Interessante verificatiemethode voor bestaande betonnen bruggen. 88 Beoordeling met CRIAM T Veiligheid constructies versus risicogestuurd inspecteren. 105 Ode aan de jonge constructeur Column Marjan Pols. 106 Symbiose van in situ en prefab Organische uitbreiding LaM ? Lille Museum omarmt oudbouw. 110 Scheurloos beton, een droom? Kans op scheuren in verhardend beton (1). 122 Levenslang duurzaam, maar niet vanzelf Intreerede Rob Polder (2). (Dwarskracht)onderzoek loont! Goed weten- schappelijk en praktijkgericht onderzoek is essentieel voor onze kenniseconomie en de basis voor innovaties. Bij het opzetten van dergelijk onderzoek en het vinden van financiering wordt niet zelden, en terecht, de vraag gesteld: 'En wat levert het op?' Voor het groot schalige onderzoeksprogramma van Rijkswaterstaat (RWS) naar het afschuifdraagvermogen van bestaande kunst - werken, waarover in deze Cement uitvoerig wordt gerapporteerd, is die vraag eenvoudig en snel te beantwoorden: 'Heel, heel veel!' Het feit dat onze wegen, viaducten en bruggen de afgelopen decennia door zowel hogere verkeerslasten als toegenomen verkeers intensiteit steeds zwaarder worden belast, zal niemand zijn ontgaan. Dit, in combinatie met enkele wijzigingen in de voor - schriften, resulteerde erin dat vele bestaande kunstwerken niet meer voldoen aan de constructieve eisen, als wordt uitgegaan van de regels in de vigerende voorschriften. Betekent dat dan ook dat de constructie niet veilig is? Nee, het betekent vooralsnog alleen dat met de gangbare, eenvoudige wijze van beoordelen niet kan worden aangetoond dat de vereiste veiligheid aanwezig is. Er waren vele redenen om te veronderstellen dat de werkelijke capaciteit van bruggen en viaducten aanzienlijk groter is dan de verkregen uitkomst uit gangbare berekeningen. Capaciteitsverho - gende factoren, zoals een veel hogere betonsterkte door door - gaande hydratatie en spreiding van belasting bij puntlasten, zijn met het in 2007 door RWS geïnitieerde en door de TU Delft, TNO en RWS uit gevoerde, grootschalige onderzoek inzichtelijk gemaakt en mee gewogen. De conclusie is dat vele bruggen en viaducten nog vele jaren verantwoord gebruikt kunnen worden, terwijl ze anders versterkt of misschien gesloopt en vervangen hadden moeten worden, met de bijbehorende gevolgen voor verkeers- hinder en financiële budgetten. Een geweldige beloning dus! Feitelijk betekent de beoordeling van bestaande constructies dus dat we er op een andere manier naar kijken. Anders dan bij nieuw - bouw willen we nu de werkelijke sterkte weten om er alles uit te kunnen halen. In deze extra dikke Cement leest u hoe dat voor (het afschuifdraagvermogen van) bruggen is aangepakt. Daarnaast wil ik uw aandacht vragen voor de eerste van een nieuwe serie columns, die de komende tijd afwisselend zal worden verzorgd door de dames Marjan Pols en Mariëlle Rutten. Dick Hordijk Voor reacties: d.hordijk@cementonline.nl Foto voorpagina: Van Brienenoordbrug over de Nieuwe Maas bij Rotterdam foto: Esther Seijmonsbergen / www.manhattanofeurope.com Extra artikelen online Zelfhelend beton Beton blijkt eigenschappen te bezitten waarmee onvermijdelijke scheuren helemaal kunnen worden hersteld. Zie ook p. 95. thema Aanpak dwarskrachtproblematiek 4 2 0 12 4 thema Aanpak dwarskracht- problematiek Groot onderzoek naar beoordeling bestaande kunstwerken Aanpak dwarskrachtproblematiek4 2 0 12 5 1 Kleinpolderplein, Rotterdamfoto: Donny den Boer Aanpak dwarskracht- problematiek Het rijkswegennet wordt steeds intensiever benut en zwaarder belast. Zowel het aantal voertuigen als de toegestane belasting voor zwaar transport nemen toe. Er zijn spitsstroken nodig, die deels de vluchtstrook benutten. Door de toename van het aantal rijstroken wordt het aandeel vrachtwagens in de rechter rijstrook steeds groter. De vraag rijst of de bestaande viaducten en bruggen voldoende draagkracht hebben. Dit speelt vooral voor de oudere bruggen, die op basis van andere voorschriften zijn ontworpen. 1 ing. Wim Anemaat, ir.drs. Bert de Graaff Rijkswaterstaat Groot onderzoek naar beoordeling bestaande kunstwerken thema Aanpak dwarskrachtproblematiek 4 2 0 12 6 2 Kleinpolderplein, Rotterdam, kort na aanleg in 1972foto: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat / Afd Multimedia Rijkswaterstaat Nederlands probleem; deze speelt ook in andere landen. Door dit internationale overleg kon ook worden aangesloten op en bijge- dragen aan de ontwikkeling naar specifieke voorschriften voor bestaande betonnen constructies. Nederland loopt met zijn aanpak voorop. Fasering Gekozen is voor een risicogestuurde, gefaseerde beoordeling van de objecten door ingenieursbureaus. Hierbij zijn ook de TU Delft en TNO betrokken om hun onderzoeksuitkomsten in te brengen bij de uitgangspunten voor het zo scherp mogelijk beoordelen en rekenen. Bepaald werd dat de bruggen die onderdeel waren van lopende projecten in het kader van die projecten zouden worden beoordeeld. Zo bleven er 2020 kunstwerken over als projectscope. Allereerst zijn deze betonnen bruggen ingedeeld naar type constructie. Binnen deze typen was het mogelijk criteria te formu- leren om ze in te delen in subtypen met in principe geen dwars- krachtprobleem en subtypen met mogelijk wel een dwarskracht- probleem. Zo bleven 1184 constructies over met een mogelijk dwarskrachtprobleem, onder te verdelen in de typen: platen (ca. 40% van de constructies), onderdoorgangen (ca. 10%), tunnels (slechts 1%, maar economisch zeer belangrijk), prefab liggers (30%), T-liggers (ca. 10%) en kokers (ca. 10%). Met de ingenieursbureaus zijn voor bepaalde typen constructies quick-scanrekenmodellen ontwikkeld. Deze zijn gebaseerd op conservatieve uitgangspunten. Hiermee kon een rangschikking worden aangebracht in de risicograad van de constructies. Eerst zijn de bruggen in de rijkswegen beoordeeld, daarna de bruggen over de rijkswegen. Voor de meest kritische constructies zijn verfijnde herberekeningen uitgevoerd. De gedachte hierachter was dat, indien voor de meest kritische constructies kon worden aangetoond dat die voldoen aan de voorschriften, dit ook zou gelden voor de als minder kritisch gerangschikte constructies. Heel belangrijk was ook het materiaalonderzoek aan de betonnen constructies; daarvoor zijn 200 constructies beboord. Een groot aandachtspunt bleek het beschikbaar krijgen van de voor de beoordeling benodigde gegevens: Waar zit de wapening? Hoe is het kabelverloop bij voorgespannen constructies? Welke staalkwaliteit is toegepast? Enz. Er is heel veel moeite gestoken in het opsporen van deze gegevens en in het vervolgens digitaal beschikbaar stellen ervan. Uitkomsten en conclusies De gezamenlijke aanpak van RWS, TU Delft en TNO heeft zijn vruchten afgeworpen. Er zijn verborgen reserves aangetoond. Door specifiek te rekenen kan een hogere sterkte worden Uit herberekeningen sinds 2005 blijkt dat de dwarskrachtsterkte van de oudere, betonnen bruggen kritisch kan zijn. Dit hangt samen met het feit dat in 1974 de betonvoorschriften met betrek- king tot dwarskracht zijn aangescherpt. Iedereen herinnert zich nog wel dat de Hollandse brug tijdens de reconstructie gesloten is geweest voor het zware transport, omdat niet zeker was of de dwarskrachtsterkte voldoende was. Bezwijken op dwarskracht is volgens de deskundigen vaak een bros mechanisme. Dat wil zeggen dat er weinig tot geen scheur - vorming aan vooraf gaat. De brug bezwijkt vrij plotseling. Dit in tegenstelling tot het bezwijken op buigend moment, waarbij de brug na de eerste scheurtjes nog een veel hogere belasting kan hebben. Dit waren voor Rijkswaterstaat (RWS) redenen om in 2007 nader onderzoek te doen naar de dwarskrachtsterkte van alle betonnen bruggen die voor 1975 zijn ontworpen en gebouwd. Het ging om circa 2500 betonnen kunstwerken. Zo'n groot aantal kon echter niet in enkele maanden worden beoordeeld. Het zou een jaren- lang beslag leggen op de schaarse capaciteit van constructief Nederland. Anderzijds speelde wel de kortetermijnvraag of de veiligheid van deze kunstwerken wel was gewaarborgd. Aanpak Allereerst ging het om de borging van de veiligheid. RWS heeft altijd robuust ontworpen. Bij inspecties is nog nooit gebleken dat er gebreken zouden kunnen zijn met betrekking tot dwarskracht. Dit gaf het vertrouwen dat de betonnen constructies sterker zijn dan uit herberekeningen blijkt. In een advies gaf professor Walraven (TU Delft) aan dat er veel verborgen reserves en sterktemechanismen zitten in betonnen constructies, die in de standaard ontwerppraktijk niet worden meegenomen. Verder hebben voorschriften een zekere mate van robuustheid, omdat ze voor alle typen betonnen constructies toepasbaar moeten zijn. Voor gelijksoortige groepen constructies kunnen de rekenregels specifieker worden. Per type constructie kan de werkelijke sterkte beter worden gekwantificeerd. En voorts is aannemelijk dat de betonsterkte van oudere constructies veel hoger is dan waar in ontwerpberekeningen indertijd van is uit gegaan, omdat men meestal sterkere beton toepaste dan gevraagd en vanwege het nog jaren doorgaande hydratatieproces. RWS is vervolgens samen met de InfraQuest-partners TU Delft en TNO een onderzoeksprogramma gestart om bovenstaande punten te onderzoeken. Dit bestond enerzijds uit het zogenaamde Validatieonderzoek door TU Delft en TNO en anderzijds uit het inschakelen van ingenieursbureaus voor het beoordelen van kunstwerken, materiaalonderzoek en dergelijke. Dit programma is voorgelegd aan een internationaal panel van experts. De dwarskrachtproblematiek is immers geen uniek Aanpak dwarskrachtproblematiek4 2 0 12 7 blijkt een vak apart te zijn en is een uitdaging voor de huidige generatie constructeurs. RWS is nu bezig om ieder individueel kunstwerk te beoordelen en vrij te geven voor het aspect dwarskracht. Dit kost nog wel enige tijd. De resultaten tot nu toe sterken het vertrouwen dat onze bestaande betonnen constructies voldoende betrouwbaar zijn; de meeste voor normgebruik (= theoretisch gebruik van de volledige breedte), de rest voor huidig gebruik (= huidige wegindeling) . Er zal een beperkt aantal constructies zijn waar maatregelen nodig zijn. Bijvoorbeeld maatregelen die het verkeer beperken, of extra ondersteuningen nabij de opleggingen. Kortom, het dwarskrachtprobleem is straks niet meer maatgevend en wordt een onderdeel van het totale assetmanagement van RWS. Dit assetmanagement vraagt om het op orde hebben van de tech- nische archieven, het gericht inspecteren, uitgaande van een constructieve risicoanalyse, en het snel kunnen beoordelen van grotere groepen kunstwerken. De oudere constructies vormen de grootste groep uit ons areaal. Er moeten criteria worden ontwik- keld om de vervangingsinvesteringen in de tijd te kunnen programmeren. Cement In deze speciale uitgave van Cement over de dwarskrachtsterkte van bruggen en viaducten wordt dit onderwerp vanuit verschil- lende invalshoeken belicht. Hierin komen onder meer de diverse deelonderzoeken aan bod uit het onderzoeksprogramma van RWS, TU Delft en TNO. ? aan getoond. Met geavanceerd rekenen kan de werkelijkheid nog dichter worden benaderd. Dankzij het vele materiaalonderzoek kunnen er ondergrenzen voor de betonsterkte worden aangegeven die gelden voor alle andere, nog niet beboorde constructies van een bepaald type. Deze ondergrenzen liggen ruimschoots boven de ontwerpsterktes van destijds. De rekenregels voor de verfijnde herberekeningen zijn specifieker en scherper geworden. En het vereenvoudigde rekenmodel ('spreadsheet') voor de quick-scanbeoordeling is zodanig geijkt dat het dichtbij de uitkomsten van een herberekening komt (maar wel altijd conservatief blijft). Deze quick-scanrekentool zal ook in de toekomst helpen bij andere, indicatieve beoordelingen van de betonnen constructies. Zo zijn wij sneller in staat constructieve oordelen te geven voor grote groepen van constructies. Een belangrijk aandachtspunt is dat het verfijnd herbereke- nen van bestaande betonnen constructies een ander vak is dan het ontwerpen van een nieuwe constructie. Bij het ontwerpen is het niet zo erg om te werken met globale bena- deringen. De constructie wordt er amper duurder van en wel veiliger. Maar bij een bestaande constructie gaat het om goed- keuren of afkeuren. In het laatste geval wil dat zeggen: dure maatregelen nemen, of zelfs slopen en nieuw bouwen, met daarbij al het ongemak en de risico's voor het wegverkeer tijdens de uitvoering. Bij beoordeling van een bestaande constructie gaat het juist om de specifieke modellering, het correct interpreteren van oude tekeningen, het type specifiek kunnen berekenen, alle verfijningen uit de kast halen enz. Dit 2 thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 4 2 0 12 8 thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 1 Toepassing en interpretatie NEN 8700 Veiligheidsfilosofie bestaande bouw4 2 0 12 9 In NEN 8700 Beoordeling constructieve veiligheid van een bestaand bouwwerk bij verbouw en afkeuren ? Grondslagen, versie 2011 [1], zijn de algemene uitgangspunten en veilig- heidseisen voor bestaande bouw vastgelegd. In het bijzonder gaat NEN 8700 over enerzijds de ondergrens van het niveau van veiligheid, waaronder men tot afkeuren moet besluiten, en anderzijds de eisen van veiligheid en bruikbaarheid die gelden in gevallen van verbouw, zowel reparatie, vervanging als uitbreiding. Door een goed gebruik van de norm wordt onder andere voor- komen dat een deel van de bestaande voorraad bouwwerken vanwege een aantal iets strengere eisen moet worden aangepast. Toepassingsgebied verbouw/afkeur Wettelijk kader voor afkeuren Volgens artikel 1b, tweede lid, van de Woningwet mag een eige- naar een bouwwerk niet in een staat brengen of houden onder het afkeurniveau van het Bouwbesluit 2012. Doet hij dat wel, dan begaat hij een economisch delict. Het afkeurniveau, dat in vergelijking met het nieuwbouwniveau een gereduceerd veilig- heidsniveau is, wordt ook wel aangeduid als het aanschrijf- niveau. Komt een bouwwerk daaronder, dan moet de eigenaar worden aangeschreven door het bevoegd gezag, veelal de gemeente, om constructieve maatregelen te treffen. Voor het afkeurniveau verwijst het Bouwbesluit 2012 naar NEN 8700, waarin dit niveau is gekwantificeerd door middel van verlaagde partiële belastingfactoren en belastingen die horen bij een gereduceerde referentieperiode. Beide zijn afhankelijk van de gevolgklasse en de minimale restlevensduur. Kort samengevat moet een constructie publiekrechtelijk worden afgekeurd als het veiligheidsniveau, dat hoort bij afkeuren, wordt onderschreden, rekening houdend met: ? een restlevensduur van 1 jaar; ? belastingen horend bij een referentieperiode van 15 jaar (uitgezonderd gevolgklasse CC1A, waar 1 jaar is toegestaan); ? de sterkte corresponderend met die van de werkelijke constructie. Een aanschrijving moet alleen worden uitgevaardigd als de veiligheid daadwerkelijk in het geding is. Het gaat daarbij niet primair om de veiligheid op lange termijn, maar juist om acute situaties die maatregelen op korte termijn vereisen. Het ligt dan ook in de rede om de periode, die wordt gehanteerd ter beoor - deling van de minimaal vereiste veiligheid, te laten aansluiten bij een kortdurende situatie. In NEN-EN 1990 is voor kort- durende situaties een ontwerplevensduur van 1 jaar vastgesteld. Deze wordt dus ook gehanteerd voor de bestaande bouw en wordt aangeduid als 'restlevensduur'. Het bovenstaande is de minimumeis die publiekrechtelijk geldt voor een bouwwerk. Het doel van het wettelijk vastleggen van dit niveau is het uniformeren en reguleren van aanschrijvingen, om de beleidsvrijheid van het bevoegd gezag te beperken. Omdat het aanschrijfniveau primair is bedoeld voor aanschrij- vingen door het bevoegd gezag, is het afkeurniveau bij de intro- ductie van het Bouwbesluit in 1992 dan ook feitelijk bedoeld voor incidenten. Het afkeurniveau is bedoeld om, na het optreden van tijdens het ontwerp moeilijk te voorziene processen of gebeurtenissen, drastische maatregelen te voorkomen voor incidentele gevallen waar het voldoen aan een hoger veiligheidsniveau leidt tot disproportionele kosten. Voor die incidenten wordt een hoger risico geaccepteerd, op voorwaarde dat wel aan het afkeur - niveau wordt voldaan. Incidenten versus areaal Bij het beoordelen van een areaal aan bouwwerken hoort een hoger afkeurcriterium dan bij het beoordelen van een incident. Er is een essentieel verschil of een laag veiligheidsniveau wordt toegepast voor een incidenteel geval of voor een areaal aan bouwwerken. Indien het minimumveiligheidsniveau behorend bij een incident ook zou worden toegepast op een areaal, wordt het totale risico voor de maatschappij aanmerkelijk groter. Er ontstaat dan een risico dat groter kan zijn dan in het algemeen maatschappelijk verkeer aanvaardbaar wordt geacht; het abso- lute aantal slachtoffers kan te groot worden door de grote aantallen bouwwerken. Het betreft hier niet meer een individu- Op 1 april 2012 is het nieuwe Bouwbesluit 2012 van kracht geworden en behoren nieuwe aanvragen van omgevings­ vergunningen voor nieuwbouw te zijn gebaseerd op de Eurocodes. Voor beoordeling van bestaande bouw en voor verbouwprojecten moet NEN 8700 worden toegepast. Deze norm sluit aan op de Eurocodes en geeft specifieke voorschrif­ ten voor bestaande constructies. In dit artikel wordt ingegaan op het toestaan van bepaalde reducties in veiligheidsmarges en op het feit hoe rekening moet worden gehouden met de nog beperkte levensduur van het bouwwerk. dr.ir. Raphaël Steenbergen TNO prof.ir. Ton Vrouwenvelder TNO / TU Delft, fac. CiTG dr.ir. Nico Scholten Stichting Expertisecentrum Regelgeving Bouw 1 Knooppunt Ypenburgfoto: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 4 2 0 12 10 een te groot risico loopt slachtoffer te worden van een bezwe- ken constructie. Volgens NEN-EN 1990, paragraaf 2.1, artikel 1, waar het Bouwbesluit 2012 naar verwijst, en volgens de inleiding van NEN 8700 moet de bouwwerkeigenaar ervoor zorgen, bijvoor - beeld door goed onderhoud, dat, binnen de levensduur, het veiligheidsniveau waarop bouwvergunning is verleend (rechtens verkregen niveau) niet wordt onderschreden anders dan door calamiteiten. Hierin kan ook een motivatie worden gevonden om niet-systematisch te veel af te wijken van het rechtens verkregen niveau. Verbouw Bij maatregelen in de zin van verbouw van een constructie komt het verbouwniveau in beeld. Met de inwerkingtreding van het Bouwbesluit 2012 geldt niet langer dat publiekrechtelijk moet worden gestreefd naar het nieuwbouwniveau, waarvan mag worden afgeweken door toestemming van bevoegd gezag. In plaats daarvan geldt een 'vast' verbouwniveau, dat lager ligt dan het nieuwbouwniveau. Om de beleidsvrijheid van het bevoegd gezag te beperken, is in het Bouwbesluit 2012 gekozen voor een eenduidig verbouwniveau. Vanuit de principes van de veiligheidsfilosofie voor bouwwerken verdient het echter aanbeveling om de onderstaande systematiek aan te houden, hetgeen ook is aangegeven in NEN 8700 (Bijlage F.3): ? Verbouw vindt normaal gesproken plaats volgens vigerende nieuwbouweisen. ? Afwijking tot het niveau 'verbouw' is toegestaan in het geval van disproportionele kosten om aan het nieuwbouwniveau te voldoen. Een motivering waarom niet aan de nieuwbouweis wordt voldaan is verplicht. Praktisch gebruik Eigenaars en beheerders van grote aantallen (infrastructurele) bouwwerken zijn in staat een areaalbeschouwing te doen. Volgens de hierboven uiteengezette (voorlopige) werkwijze dient verzekerd te zijn dat het merendeel van de constructies voldoet aan het verbouwniveau en dat slechts in incidentele gevallen bij dispro- portionele kosten wordt teruggevallen op het afkeurniveau. In het geval van een eigenaar van een enkel bouwwerk of een toezichthoudende gemeente ligt het ingewikkelder om slechts eel geval, maar het veel voorkomen van vergelijkbare gevallen met een grotere faalkans dan geldend voor nieuwbouw. Door het afkeurniveau, dat bedoeld is voor incidenten, toe te passen op een areaal aan bouwwerken kan macro-economisch beschouwd het risico voor de burger te groot geworden. Op een areaal toegesneden veiligheidsvoorschriften dienen bescherming te garanderen aan de burger waar hij niet zelf voor zijn belangen kan opkomen. Voor het beoordelen van een areaal aan bestaande bouwwerken ligt het voor de hand een veiligheidsniveau aan te houden tussen het nieuwbouwniveau en het afkeurniveau voor incidenten. Een nadere studie moet uitwijzen welk niveau dit zou moeten zijn. Dit niveau zal maxi- maal het verbouwniveau zijn. Op dit moment is het verbouw- niveau het enige vastgelegde en voldoende veilige niveau tussen nieuwbouw en afkeuren. Daarom is de aanbeveling voor her beoordeling van een areaal bestaande bouwwerken om voorlopig uit te gaan van het verbouwniveau 1). In geval van disproportionele kosten zou in incidentele gevallen binnen het areaal een verlaging tot het afkeurniveau toegestaan kunnen worden (zie NEN 8700, Bijlage F). Met disproportioneel wordt bedoeld dat de investering om een hoger veiligheidsniveau te bereiken niet opweegt tegen de meerwaarde aan veiligheid die die investering met zich meebrengt. Opgemerkt wordt dat het als voldoende zien van het afkeurniveau leidt tot een duidelijk grotere kans op falen en dus een verhoogd risico. Dit moet in de proportionaliteitsbeschouwing niet uit het oog verloren worden. Opgemerkt wordt dat het toepassen van het afkeurniveau voor een areaalbeschouwing in letterlijke zin niet in strijd is met NEN 8700. Om bovengenoemde redenen wordt dit echter niet geadviseerd door de auteurs van dit artikel. Wat ooit bedoeld was als uitzondering (voor incidenten) wordt dan regel. Moge- lijk moet op dit punt de officiële regelgeving ook nog een keer worden heroverwogen en mogelijk een 'areaal-afkeurniveau' worden gedefinieerd. Het hiervoor geformuleerde advies is voor privaatrechtelijke toepassing meteen toe te passen. Publiekrechtelijk kan het bevoegd gezag dit toepassen met een beroep op artikel 13 van de Woningwet. Het bevoegd gezag zou dan haar aanschrijving kunnen motiveren met de onder - bouwing dat, in geval van veel voorkomende toepassing van het afkeurniveau voor incidenten, de faalkans van bouwwerken te hoog is omdat maatschappelijk gezien daarmee de burger 1) Rijkswaterstaat kiest, op basis van een interne onderbouwing, op dit moment voor kunstwerken gebouwd vóór 1 april 2012 een areaalafkeurniveau van ? = 3,3 voor zowel CC2 als CC3. In het geval van CC3 dient dit nog nader gevalideerd te worden, daar deze waarde tussen het incident-afkeurniveau van ? = 3.1 en het verbouwniveau van ? = 3.6 ligt (zie tabel 5). Bij afkeur en disproportionele kosten om aan het nieuwbouwniveau te voldoen kiest Rijkswaterstaat er verder voor constructies te versterken tot het verbouwniveau. Tabel 1 Relatie betrouwbaarheidsindex ? en kans op bezwijken P ? = 1,0? = 2,0? = 3,0 ? = 4,0 P = 0,16 P = 0,023P = 0,0013 P = 0,000032 Veiligheidsfilosofie bestaande bouw4 2 0 12 11 Veiligheidseisen nieuwbouw Om de eisen bij verbouw en afkeuren in een context te kunnen plaatsen, worden in deze sectie de nieuwbouweisen volgens het Bouwbesluit 2012 samengevat. Voor een bouwconstructie kan de fundamentele betrouwbaarheidseis als volgt worden gefor- muleerd: De constructie mag: ? de gedefinieerde grenstoestanden, ? gedurende de vastgestelde referentieperiode, ? met de vastgelegde mate van betrouwbaarheid niet overschrijden. Het veiligheidsniveau van een constructie(deel) wordt vast- gelegd in de kans op het bezwijken gedurende de referentie- periode. In plaats van te werken met de kans op bezwijken, wordt in de Eurocode meestal gebruikgemaakt van de betrouw- baarheidsindex ?. Deze betrouwbaarheidsindex staat in een directe relatie tot de kans op bezwijken (P) van de constructie of een onderdeel daarvan (tabel 1). Het gewenste veiligheidsniveau wordt gerealiseerd via een juiste keuze van de volgende (gekalibreerde) grootheden: - de gevolgklasse waarin het bouwwerk valt; - de voorgeschreven karakteristieke belastingen; - de voorgeschreven belastingfactoren ? f en combinatie- factoren ? ; - de genormeerde rekenregels en materiaaleigenschappen; - de voorgeschreven materiaalfactoren ? m. De belasting- en materiaalfactoren zijn in beginsel zodanig gekozen dat daar mee het veiligheidsniveau, uitgedrukt in ?, wordt behaald dat hoort bij de betreffende gevolgklasse. Voor nieuwbouw levert de Eurocode, NEN-EN 1990, tabel B2, de waarden voor ? n op die vermeld zijn in tabel 2, voorlaatste kolom. Uit de nationale bijlage bij NEN-EN 1990, bijlage C, blijkt dat voor situaties waarbij de windbelasting dominant is een lagere waarde beter aansluit bij de realiteit. Deze waarden zijn opgenomen in de laatste kolom. De waarden in tabel 2 zijn opgesteld uitgaande van een ontwerplevensduur van 50 jaar of 100 jaar, in geval van CC3. Als uitsluitend economische motieven in het spel zijn, is het rati- oneel deze waarden ook te hanteren bij een kortere periode [2]. Het gevolg is echter dat bij een kortere ontwerplevensduur de faalfrequentie (kans per jaar) groter wordt. Dit is verdedigbaar, omdat een investering in veiligheid economisch meer rende- ment oplevert als men er langer van kan profiteren. Afgezien van deze economische overwegingen, specificeren autoriteiten een minimaal betrouwbaarheidsniveau als mense- voor incidenten het afkeurniveau als voldoende te zien. Verme- den moet worden dat te veel bouwwerken op het afkeurniveau liggen. Wanneer wordt dan aan wie toegestaan het 'incidentele geval' te zijn? Individuele gevallen moeten bij voorkeur gelijk worden behandeld. Als praktische oplossing wordt het volgende voorgesteld: Advies is om het afkeurniveau alleen toe te staan voor slechts een beperkte periode. De beperkte periode betreft orde jaren en moet nader worden vastgesteld, afhankelijk van de mate van onderschrijding van het verbouwniveau. In geval van functieverandering is het advies voor de gehele constructie minimaal uit te gaan van het verbouwniveau. De regel is dan dus dat bij functieverandering een bouwwerk- eigenaar minimaal het verbouwniveau hanteert; in een inciden- teel geval, waarin sprake is van duidelijk aangetoonde dispro- portionele kosten om aan een hoger veiligheidsniveau te voldoen, zou hiervan kunnen worden afgeweken. Praktisch gezien leidt dit geheel tot de volgende aanbevolen systematiek bij beoordeling van bestaande bouw: Het nieuwbouwniveau is altijd het streefniveau. 1. Als het nieuwbouwniveau wordt onderschreden en als er 2. sprake is van disproportionele kosten om aan het nieuw- bouwniveau te voldoen, volstaat het verbouwniveau. Disproportionele kosten om aan het verbouwniveau te 3. voldoen, zouden in incidentele gevallen kunnen leiden tot het achterwege late van maatregelen en het afkeurniveau als voldoende te zien. Eigenaren van een areaal van bouwwer - ken moeten zowel toetsen aan het verbouwniveau als het afkeurniveau. Slechts voor een klein percentage bouwwer - ken mag het afkeurniveau als voldoende worden gezien; de grote meerderheid van de bouwwerken moet aan het verbouwniveau voldoen. Als het afkeurniveau wordt onderschreden, zijn maatrege- 4. len direct noodzakelijk, ongeacht het rechtens verkregen niveau. Bij eventuele verbouw is wederom nieuwbouwniveau het 5. streefniveau, maar zijn om economische redenen reducties tot het wettelijke minimumverbouwniveau in bepaalde gevallen te rechtvaardigen. Tabel 2 Betrouwbaarheidsindex nieuwbouw voor de ontwerplevensduur (NEN-EN 1990/NB) gevolg- klasse gevolgen van bezwijken (grootste kans maatgevend) windbelasting niet maatgevend windbelasting maatgevend kans op levensgevaar kans op economische schade CC1 uitgesloten/klein klein? n = 3,3? n = 2,3 CC2 aanzienlijk aanzienlijk? n = 3,8? n = 2,8 CC3 zeer groot zeer groot? n = 4,3? n = 3,3 thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 4 2 0 12 12 lijke veiligheid in het geding is. Een minimale eis wordt dan gesteld met betrekking tot persoonlijk risico. Een geaccep- teerde kans om slachtoffer te worden van falen van een constructie kan worden gevonden uit een vergelijking met risi- co's als gevolg van andere activiteiten. De kans op overlijden als gevolg van een ongeluk in het dagelijks leven (verkeer, van de trap vallen enz.) is ongeveer 10 -4 per jaar. Het is zeker niet geaccepteerd in de samenleving om te overlijden als gevolg van falen van een constructie. Er moet dus een waarde lager dan 10 -4 per jaar worden gekozen; zie ook ISO 2394 [3]. De faalkans van de constructie mag vervolgens weer hoger zijn, omdat men meestal nog wel een bepaalde kans heeft om (net) op tijd te vluchten. Ook hier speelt de gevolgklasse weer een rol. In het TNO-achtergrondrapport bij NEN 8700 [4] is dit verder uitge- werkt. Men moet er rekening mee houden dat dit globale getal- waarden zijn met een voornamelijk nominaal karakter. In verband met menselijke veiligheid geldt dus een constante streefwaarde van de bezwijkkans per jaar, ongeacht de ontwerplevensduur van de constructie. De ? voor de gehele ontwerplevensduur wordt daarmee juist hoger bij kortere ontwerplevensduren. Dit geeft voor CC2 en CC3 een grens aan de verlaging van de periode waarbij men de betrouwbaarheidsindex ?, en dus de partiële factoren, constant kan houden. Voor perioden korter dan circa 15 jaar wordt de menselijke veiligheid maatgevend en moet formeel de geëiste betrouwbaarheidsindex, en daarmee de partiële factor, omhoog. Omdat het in de praktijk echter niet handig is gelijktijdig met een hogere partiële factor en een lagere karakteristieke belasting te rekenen, is er in de nationale bijlage voor gekozen een minimum in te voeren voor de te hanteren referentieperiode. Voor CC3 volgt bij wind een minimum van 15 jaar. Gemakshalve is die waarde aangehou- den voor CC2 en CC3, ongeacht de belasting. Bij CC1 speelt menselijke veiligheid feitelijk nauwelijks een rol en daarom is daar geen beperking. Veiligheidseisen voor bestaande bouwconstructies De veiligheidsbeoordeling van een bestaande constructie wijkt op een aantal punten af van die van nieuwbouw: 1. het verhogen van het veiligheidsniveau brengt meestal relatief meer kosten met zich mee voor bestaande bouwwerken dan voor bouwwerken in het ontwerpstadium; 2. de periode dat de constructie nog mee moet is vaak anders dan de standaard ontwerplevensduur van 50 jaar; 3. de mogelijkheid bestaat om via metingen mogelijk meer over een constructie te weten te komen. In de hierna volgende paragrafen zijn de eerste twee punten toegelicht. Kostenaspect en menselijke veiligheid Zoals al eerder betoogd, heeft men in principe twee over - wegingen om een betrouwbaarheidseis aan een constructie op te leggen: ? Ten eerste een economische overweging. Dit leidt tot een optimalisering van de som van de bouwkosten en het product van schade (S) en kans op falen (P f). ? Ten tweede een veiligheidsoverweging, omdat onevenredig grote risico's voor mensen niet worden geaccepteerd. Deze overweging tracht het risico voor verlies aan mensenlevens te beperken tot een niveau dat (significant) lager is dan andere risico's die mensen in het dagelijks leven ondervinden. Van beide overwegingen moet men steeds de strengste veilig- heidsnorm aanhouden. Beide worden hieronder uitgewerkt. NB: Er is overigens geen bezwaar tegen om ook bij de economi- sche overweging al een bepaald bedrag in verband met verlies aan mensenlevens mee te nemen; door dit te doen verhoogt men immers alleen maar het veiligheidsniveau. menselijke veiligheid 3,8 kosten Pf. S Cbouw kosten 3,8-x nieuw bestaand menselijke veiligheid Cbouw Pf. S 2 2 Optimalisatie van l evensduurkosten Veiligheidsfilosofie bestaande bouw4 2 0 12 13 Economische optimalisatie Het principe van de economische optimalisatie is weergegeven in figuur 2. In de linker grafiek is de situatie geschetst voor nieuwbouw. Minimalisering van bouwkosten C bouw en schade- verwachting P fS voor de levensduur leidt tot (bijvoorbeeld) ? n = 3,8 voor CC2. De waarde van 3,8, zoals opgenomen in de Eurocode, is overigens niet het gevolg van een expliciete opti- malisering, maar is tot stand gekomen door kalibratie aan een set van voorschriften waar men in de loop van de tijd naar tevredenheid mee ontwierp. In de rechter grafiek is de situatie geschetst voor bestaande bouw. Verbetering of reparatie van een bestaande constructie om een hoger veiligheidsniveau te bereiken, is dikwijls veel moeilijker en duurder dan voor een nieuwbouwconstructie die nog uitsluitend op papier bestaat. Daarom zal het optimum voor bestaande bouw bij een lagere ? liggen. Voor bestaande bouwwerken kan niet aan vroegere voorschrif- ten worden gekalibreerd zoals bij nieuwbouw is gedaan om een optimum ? te vinden. Daarom is via een andere weg gezocht naar uitgangspunten. In het TNO-achtergrondrapport bij NEN 8700 [4] is een aantal overwegingen opgenomen die leiden tot het volgende aanschrijf- of afkeurniveau, gebaseerd op alleen een economische optimalisatie: 3 Veel bestaande kunstwerken die vóór 1975 zijn gebouwd, zijn beoordeeld op constructieve veiligheid foto: Wuy Ling / www.concrete-listening.nl 3 thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 4 2 0 12 14 sen CC1A en CC1B. Voor subklasse CC1A, waar menselijke veiligheid helemaal niet speelt, zijn de volledige economische reducties doorgevoerd. Bij subklasse CC1B is zoveel mogelijk aansluiting gezocht bij CC2 en CC3. Resulterende betrouwbaarheidsindices bestaande bouw In tabel 3 is een samenvatting gegeven van de vereiste ?-waarden voor nieuwbouw, bestaande bouw (afkeuren) en verbouw (reparatie). Gevolgklasse 1 is, zoals al aangeven, opge- splitst in een klasse 1A (menselijke veiligheid speelt géén rol) en een klasse 1B (menselijke veiligheid speelt wel een rol). Om redenen van uniformiteit wordt ook voor CC1B een minimale referentieperiode van 15 jaar voorgeschreven; de eis met betrekking tot menselijke veiligheid is hierop aangepast. Tijdsaspect In het geval van de bestaande constructie geldt in de regel een kortere planperiode dan voor nieuwbouw. In het deel 'Veilig- heidseisen nieuwbouw' hierboven is al aangetoond dat men daaraan op economische gronden geen argument kan ontlenen voor de reductie van ?. Wat wel een reductie oplevert, is een verlaging van de maatgevende extreme belasting (gedefinieerd als de waarde die gemiddeld ééns in de (rest)levensduur wordt overschreden); de te verwachten maximale waarde van varia- bele belastingen wordt kleiner naarmate men voor een kortere periode ontwerpt of voor een kortere periode de veiligheid van een bestaande constructie moet beoordelen. Zoals ook al duidelijk is geworden, is er een grens aan deze redenering als menselijke veiligheid dominant wordt. Men moet dan feitelijk een hogere betrouwbaarheidsindex en dus hogere veiligheids- factoren nastreven voor kortere perioden. Om de combinatie van hogere partiële factoren en lagere belastingen te vermijden, is de minimale referentieperiode ingevoerd. Bij de invloed van het tijdsaspect speelt uiteraard ook de ver oudering een rol (corrosie, vermoeiing, carbonatatie, slijtage enz.). De geëiste veiligheid moet worden gehaald inclusief deze effecten. Naarmate de te overbruggen periode korter is, hoeft de 'overmaat' aan het begin van de periode daarvoor dus minder groot te zijn. ? a ? ? n - 1,5 Dit niveau ligt iets lager dan het veiligheidsniveau voor de dominante windbelasting bij nieuwbouw. Kennelijk is daar impliciet een vergelijkbare economische reductie acceptabel geacht. Voor ook andere belastingtypen is dit niveau daarom geschikt om aan te houden als minimumveiligheidsniveau voor een korte periode, betrokken op een klein aantal bouwwerken. Verder wordt dit niveau geacht in de meeste gevallen te voor - komen dat bouwconstructies, die in het verleden correct zijn ontworpen volgens de toenmalige voorschriften en waar verder geen bijzonderheden mee aan de hand zijn, direct moeten worden aangepast. Voor verbouw is vanuit een geschat economisch oogpunt de volgende reductie vastgesteld: ? v ? ? n - 0,5 Verwacht wordt dat dit niveau in veel gevallen ook compensa- tie biedt voor situaties waar de nieuwbouweisen iets strenger zijn geworden. Zo wordt voorkomen dat de verbouwonder - delen van een constructie een systematisch hogere veiligheid zouden hebben dan de niet-aangepaste bouwonderdelen Menselijke veiligheid De eisen met betrekking tot het gevaar voor mensenlevens kunnen voor bestaande bouw niet worden verlaagd. Als zou worden uitgegaan van een referentieperiode van 1 jaar, zouden we zeer lage karakteristieke waarden vinden voor de variabele belastingen, maar zeer hoge partiële factoren. Om dat te voor - komen, is weer gekozen voor de referentieperiode van 15 jaar voor CC2 en CC3. De betrouwbaarheidsindex voor de hele periode daalt dan minder dan op basis van de regel ? a = ? n - 1,5 zou mogen worden verwacht, maar het geheel komt wel logi- scher over. Bij CC1 is het nu wel zinvol onderscheid te maken tussen situaties waar menselijke veiligheid in het geheel niet of enigszins een rol spelen. Dit heeft geleid tot de gevolgsubklas- Tabel 3 Vereiste ?-waarden voor de minimumreferentieperiode gevolgklasse minimumrefe - rentieperiode nieuwbouw ? n verbouw? v afkeuren? a wn wdwnwd wn wd CC1A 1 jaar3,32,32,81,8 1,8 0,8 CC1B 15 jaar3,32,32,81,8 1,8 1,1* CC2 15 jaar 3,82,83,32,5* 2,5* 2,5* CC3 15 jaar 4,33,33,83,3* 3,3* 3,3* - wn staat voor 'windbelasting niet dominant' - wd staat voor 'windbelasting dominant' - in geval van een * is de ondergrens voor persoonlijke veiligheid maatgevend Veiligheidsfilosofie bestaande bouw4 2 0 12 15 Partiële factoren De grootte van de belastingfactoren voor bestaande construc- ties (zowel afkeuren als verbouw) verschilt van die voor nieuw- bouw omdat de betrouwbaarheidsindex anders is. Volgens de Eurocode NEN-EN 1990, Annex B, blijven de partiële materi- aalfactoren onveranderd bij een aanpassing van de streefwaarde van de veiligheid. Dit geldt ook voor de combinatiefactoren ?. Deze werkwijze is ook in NEN 8700 gevolgd. In feite is in de partiële factoren voor de belasting het totale effect van de ver laging van de veiligheidsnorm, inclusief de sterktekant, voor bestaande bouw en verbouw verdisconteerd. De belastingfactoren voor gebouwen zijn vermeld in tabel 4, die voor bruggen in tabel 5. Voor overige constructies geldt wederom tabel 4. De factoren bij bruggen zijn anders omdat daar primair naar de belangrijke combinatie van eigen gewicht en verkeer is gekeken. Daarvoor zijn probabilistische achter - grondberekeningen gemaakt, gebruikmakend van verdelings- functies van het verkeer, bepaald op basis van Weigh in Motion-metingen [5]. Er is nog een reductie te overwegen voor bruggen die vóór 1 april 2012 zijn gebouwd. Formeel zijn die ontworpen onder de vlag van het Bouwbesluit 2003 of eerder. Deze wettelijke documenten hebben nooit een hogere betrouwbaarheidsindex gekend dan 3,6. Men kan dus overwegen in die gevallen de streefwaarden voor ? bij verbouw te verlagen van 3,8 naar 3,6 voor CC3 en van 3,3 naar 3,1 voor CC2. De resulterende partiële factoren zijn opgenomen in tabellen 4 en 5, getallen tussen haken. Conclusie Voor de beoordeling van bestaande bouwwerken en voor verbouwprojecten moet NEN 8700 worden toegepast in combi- natie met de Eurocodes. Deze nieuwe norm beschrijft de ondergrens van het niveau van veiligheid waaronder men tot afkeuren moet besluiten en geeft eisen van veiligheid en bruik- baarheid die gelden in gevallen van verbouw. Voor zowel het afkeurniveau als het verbouwniveau zijn in NEN 8700 de partiële factoren gegeven. Volgens artikel 1b, tweede lid, van de Woningwet mag een eigenaar een bouwwerk niet in een staat brengen of houden onder het afkeurniveau van het Bouwbesluit 2012. Een constructie moet publiekrechtelijk worden afgekeurd indien het veiligheidsniveau behorende bij afkeuren wordt onderschreden. Hierbij moet rekening worden gehouden met een restlevensduur van 1 jaar, met belastingen horend bij een referentieperiode van 15 jaar (uitgezonderd gevolgklasse CC1A, waar 1 jaar is toegestaan) en met de sterkte corresponderend met die van de werkelijke constructie. Het afkeurniveau is feitelijk bedoeld voor incidenten. Voor het beoordelen van een areaal aan bestaande bouwwerken zou als veiligheidsniveau een waarde aangehouden moeten worden tussen het nieuwbouwniveau en het afkeurniveau, met als maximum het verbouwniveau. Aanbeveling voor herbeoor - Tabel 4 Partiële factoren voor gebouwen en overige constructies klasse ?G 1)G com 2 ) T 3) W 4)Q 5) nieuw CC13,31,20 1,101,201,351,35 nieuw CC23,81,35 1,201,351,501,50 nieuw CC34,31,50 1,301,501,651,65 verbouw CC12,81,15 1,051,101,201,10 verbouw CC23,3 (3,1) 1,30 (1,20) 1,151,251,401,30 verbouw CC33,8 (3,6) 1,40 (1,20) 1,25 (1,20) 1,351,60 (1,50) 1,50 afkeuren CC11,81,10 1,001,001,101,05 afkeuren CC22,51,20 1,101,101,301,15 afkeuren CC33,3 (3,1) 1,30 (1,20) 1,201,251,501,30 (getallen tussen haken voor bouwwerken ontworpen volgens de NEN 6700-serie of eerder) 1) factor voor permanente belasting in NEN-EN 1990 (6.10a)2) factor voor permanente belasting in NEN-EN 1990 (6.10b), inclusief ?3) factor voor belasting door verkeer4) factor voor windbelasting, bepaald met verlaagde waarde voor ? conform de NB bij NEN-EN 19905) factor voor overige variabele belastingen Tabel 5 Partiële factoren voor bruggen 1) klasse ?GG com T W Q nieuw CC13,31,20 1,101,201,351,35 nieuw CC23,81,30 1,201,351,501,50 nieuw CC34,31,40 1,251,501,651,65 verbouw CC12,81,10 1,101,101,201,10 verbouw CC23,3 (3,1) 1,251,15 (1,10) 1,25 (1,20) 1,401,30 verbouw CC33,8 (3,6) 1,301,20 (1,15) 1,35 (1,30) 1,601,50 afkeuren CC11,81,00 1,001,001,101,05 afkeuren CC22,51,10 1,101,101,301,15 afkeuren CC33,3 (3,1) 1,251,15 (1,10) 1,251,501,30 (getallen tussen haken voor bruggen ontworpen volgens de NEN 6700-serie of eerder) 1) Zie voetnoten bij tabel 4 thema Veiligheidsfilosofie bestaande bouw 4 2 0 12 16 4 deling van een areaal bestaande bouwwerken is voorlopig om uit te gaan van het verbouwniveau; in geval van disproportio- nele kosten zou in incidentele gevallen binnen het areaal een verlaging tot het afkeurniveau kunnen worden toegestaan. Eigenaren van een areaal van bouwwerken moeten daarom bij beoordeling van bestaande bouw zowel toetsen aan het verbouwniveau als aan het afkeurniveau. Slechts voor een klein percentage bouwwerken mag het afkeurniveau als voldoende worden gezien, de grote meerderheid van de bouwwerken moet aan het verbouwniveau voldoen. Voor individuele bouwwerkeigenaren is het advies het afkeur - niveau alleen toe te staan mits binnen afzienbare tijd (orde jaren, afhankelijk van de mate van onderschrijding van het verbouwniveau) maatregelen getroffen worden om aan het verbouwniveau te voldoen. Bij functieverandering is het advies minimaal het verbouwniveau te hanteren; in een incidenteel geval waarin sprake is van duidelijk aangetoonde disproportio- nele kosten om aan een hoger veiligheidsniveau te voldoen zou hiervan kunnen worden afgeweken. Bij zowel verbouw als functieverandering is het nieuwbouw- niveau het streefniveau en dient de wettelijk toegestane afwijking tot het verbouwniveau alleen te worden gehanteerd in het geval van disproportionele kosten om aan het nieuw- bouwniveau te voldoen. ? ? LiTeRATuuR 1 NEN 8700 Beoordeling van de constructieve veiligheid van een bestaand bouwwerk bij verbouw en afkeuren ? Grondslagen. 2 Vrouwenvelder, A.C.W.M., Target reliability as a function of the design working life. International Forum on Engineering Decision Making, 6th IFED Forum, Lake Louise, Canada, January 26-29, 2012. 3 ISO 2394, General principles on reliability for structures. International Organization for Standardization, Genève, Switzerland, 1998. 4 Vrouwenvelder, A.C.W.M., Scholten, N.P.M. & Steenbergen, R.D.J.M., Veiligheidsbeoordeling bestaande bouw. Achtergrondrapport bij NEN 8700, TNO-060-DTM-2011-03086, 2011. 5 Steenbergen, R.D.J.M., Vrouwenvelder, A.C.W.M. & Morales Napoles, O., Algemene veiligheidsbeschouwing en modellering van wegverkeer - belasting voor brugconstructies. TNO-rapport TNO-060- DTM-2011-03695-1814, 2011. 2 Het afkeuren van de constructie van bestaande gebouwen kan met beter toegespitste richtlijnen wellicht worden voorkomen www.cugla.nl (076) 541 06 00 CUGLA oplossingen die er toe doen Wie hoge eisen stelt aan ultra hoge sterkte beton gebruikt hulpstoffen van Cugla! Cugla hulpstoffen voor beton ® Alles loopt op bolletjes Met vloeren van BubbleDeck ® loopt voor iedereen alles op bolletjes. Aannemers zijn gecharmeerd van de vlakke constructie, het 30% lagere gewicht, de korte bouwtijd en de enorme flexibiliteit. Architecten waarderen de enorme vorm- en ontwerpvrijheid, de duurzaamheid en de milieuvriendelijkheid. En voor constructeurs is het vooral prettig dat een BubbleDeck ® bollenplaatvloer eenmaal samengesteld geheel zelfdragend is. Balken zijn dus niet nodig. Daardoor is de constructiehoogte van de verdiepings- vloeren minimaal, kunnen de leidingen van de gebouwinstallaties vrij en in alle richtingen lopen en kan de bouwkundige detaillering eenvoudig blijven.  www.bubbledeck.nl Alles loopt op bolletjes Gorinchem 11, 12 en 13 september 2012 Evenementen HAL HARDENBERG GORINCHEM VENR AY Ons evenement. UW MOMENT. Dé vakbeurs voor de betonbranche Evenementenhal Gorinchem Franklinweg 2, 4207 HZ Gorinchem T 0183 - 68 06 80 F 0183 - 68 06 00 I www.evenementenhal.nl E gorinchem@evenementenhal.nl thema Toetsingskader bestaande constructies 4 2 0 12 18 thema Beoordelings- kader bestaande constructies In 2007 is Rijkswaterstaat gestart met een onderzoeksproject naar de dwarskrachtsterkte van alle betonnen bruggen die vóór 1975 zijn ontworpen en gebouwd. In dit artikel wordt een overzicht gegeven van het beoordelingskader voor bestaande betonnen constructies, toegesneden op dit onderzoek. Binnen dit kader is aangegeven op welke plaats de verschillende onderdelen van het uitgevoerde onderzoeksproject passen. 1 Constructies vaak sterker dan aanvankelijk gedacht Normen zoals de TGB's en de Eurocodes zijn primair bedoeld voor het toetsen van ontwerpen voor nieuwbouw. In verschil- lende rekenregels van dergelijke normen zijn conservatismen aanwezig, omdat deze rekenregels vaak een compromis zijn van eenvoud en accuraatheid. Een goed voorbeeld daarvan zijn de regels voor de dwarskrachtsterkte van betonconstructies in de afgelopen generaties normen. Het voldoen aan conservatieve rekenregels betekent dat het niveau van constructieve veilig- heid hoger is dan wat minimaal wordt vereist op grond van NEN 6700 of NEN-EN 1990, waarin de betrouwbaarheids- Toetsingskader bestaande constructies4 2 0 12 19 2 ir. Jan Gijsbers, ir. Gerrie Dieteren TNO dr.ir. Cor van der Veen TU Delft, fac. CiTG 1 Bestaande betonnen kunstwerk 2 Het beoordelen van bestaande kunstwerken op dwarskrachtsterkte had, naast een reken- kundige, ook een praktische kant zoals bij proefbelasten foto's: Wuy Ling / www.concrete-listening.nl indices zijn vastgelegd. Het niet voldoen aan dergelijke conser - vatieve rekenregels hoeft echter niet te betekenen dat niet wordt voldaan aan het minimaal vereiste niveau van construc- tieve veiligheid. Juist voor bestaande constructies loont het om deze zo scherp mogelijk te beoordelen, omdat maatregelen om de constructieve veiligheid te verhogen hoge kosten met zich mee kunnen brengen. Het is dus belangrijk inzicht te hebben in de conserva- tismen in de rekenregels, zodat kan worden voorkomen dat een bestaande constructie te conservatief wordt beoordeeld. Het beoordelen van de constructieve veiligheid van bestaande constructies vergt dan ook een andere benadering dan het toetsen van een ontwerp voor een nieuw te bouwen constructie. Achtereenvolgens wordt in dit artikel op hoofdlijnen ingegaan op de volgende onderwerpen: ? de redenen voor het beoordelen van een bestaande constructie; ? de veranderingen in de rekenregels voor dwarskracht in de tijd gezien; ? de eisen die aan bestaande constructies worden gesteld; ? de wijze van beoordelen van de dwarskrachtsterkte. Redenen voor het beoordelen van een bestaande constructie Tijdens de levensduur van een bestaande constructie kunnen zich verschillende redenen voordoen om een constructieve beoordeling uit te voeren. Verbouw en renovatie Indien er sprake is van verbouw of renovatie met constructieve consequenties, is een constructieve beoordeling nodig. Te denken valt aan het optoppen van een gebouw of het verbreden van een brug. De consequenties van de grotere belasting op de oorspronkelijke constructie moeten eveneens worden nage- gaan. Dat kan bijvoorbeeld leiden tot de noodzaak om de oorspronkelijke constructie te versterken. Verandering van functie Ook een verandering van de functie is een veel voorkomende aanleiding voor een constructieve beoordeling. Voorbeelden zijn het maken van een archiefruimte in een kantoorgebouw en het verhogen van de verkeersbelasting op een brug. Ook in dit soort gevallen kan het nodig zijn de constructie te versterken in verband met de grotere belasting op de constructie in vergelij- king met de situatie daarvoor. Schade en reparaties Schades met constructieve consequenties komen regelmatig voor. Denk bijvoorbeeld aan ASR-schade of aanrijdingsschade bij een brug en brandschade in een gebouw. Op grond van een inventari- satie van de schade en een constructieve beoordeling wordt vast- gesteld of, en zo ja welke, constructieve maatregelen nodig zijn. Niet zelden zijn ook per direct tijdelijke maatregelen nodig, bijvoorbeeld omdat er sprake is van instortingsgevaar. Einde geplande levensduur Aan het einde van de geplande levensduur van een constructie staat men strikt genomen voor de keuze om deze te slopen en al dan niet te vervangen, of om deze voor een kortere of langere periode te blijven gebruiken, al dan niet met een andere bestem- ming. In het laatste geval kan een constructieve beoordeling wenselijk zijn, omdat moet worden geverifieerd dat ook bij het verlengde gebruik wordt voldaan aan de constructieve eisen. Bij elk van de hiervoor beschreven situaties komt de vraag naar voren van welke eisen men uit moet gaan bij de beoordeling van de bestaande constructie. Zijn dat de eisen voor nieuw- bouw of is het gerechtvaardigd om daarvan af te wijken. En zo thema Toetsingskader bestaande constructies 4 2 0 12 20 1900 0 50 100 150 200 250 300 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 kokerbrug liggerbrug plaatbrug cumulatief bouwjaar aantal bruggen 3 3 Aantallen door RWS gebouwde bruggen in de vorige eeuw 4 Bouw van de Hollandse brug in 1969 een parabolische schuifspanningsverdeling. Dwarskrachtwape- ning kon achterwege blijven indien de hoofdtrekspanning een van de betonkwaliteit afhankelijke waarde niet overschreed. VB 1974 en VB 1974/1984 Vanaf 1974 werd niet langer in de gebruikstoestand getoetst, maar in de uiterste grenstoestand. De veiligheid werd expliciet gemaakt in de vorm van een globale veiligheidsfactor van 1,7 op de belasting. Voor de bepaling van de optredende schuif- spanning werd uitgegaan van de nuttige doorsnede met een gelijkmatig verdeelde, nominale schuifspanning. De grens- waarde van de dwarskrachtsterkte werd afhankelijk gemaakt van de betontreksterkte, die een functie was van de kubusdruk- sterkte. Per saldo ging met deze nieuwe aanpak de dwars- krachtsterkte in de berekening fors omlaag. VBC 1990 en VBC 1995 Een verdere verandering trad op doordat de globale veilig- heidsfactor gesplitst werd in de partiële belastingfactoren en materiaalfactoren. In combinatie daarmee werd de ? 1-waarde verlaagd van 0,5? f b naar 0,4?f b. Door deze veranderingen ging de dwarskrachtsterkte in de berekening nog iets verder omlaag. De VBC gaf echter ook een 'luxe'-formule, waarmee in bepaalde situaties hogere ? 1-waarden konden worden berekend. Daarmee kon bij eindsteunpunten van liggers en platen het positieve effect van lasten dicht bij de oplegging in rekening worden gebracht. Voor tussensteunpunten mocht dat echter niet. NEN-EN 1992-serie In de nu van kracht zijnde Eurocodes wordt ook in de uiterste grenstoestand getoetst met partiële factoren op de belastingen en op de sterkte. De formules wijken wat af van de VBC, maar ook nu kan gebruik worden gemaakt van een ondergrens en een 'luxe'-formule. Het positieve effect van lasten dicht bij de oplegging kan nu niet alleen bij eindsteunpunten in rekening worden gebracht, maar ook bij tussensteunpunten. ja, welke regels gelden dan precies? In dit artikel wordt daarop ingegaan. Eerst wordt echter stilgestaan bij de veranderingen in de rekenregels voor de dwarskrachtsterkte van betonconstruc- ties in de verschillende generaties normen. Veranderingen in de rekenregels voor dwarskracht Figuur 3 toont de aantallen door RWS gebouwde bruggen in de vorige eeuw. In totaal gaat het om een kleine 4000 bruggen. In de loop van deze periode zijn verschillende generaties voor - schriften en normen op het gebied van belastingen en beton van toepassing geweest. Op de kop af 100 jaar geleden werd de eerste generatie beton- voorschriften gepubliceerd, namelijk de GBV 1912 (Gewapend Beton Voorschriften 1912). Er volgden nog vier generaties GBV's, met als laatste de GBV 1962. Daarna was het de beurt aan twee edities van de Voorschriften Beton, de VB 1974 en de VB 1974/1984. Het tijdperk van Nederlandse voorschriften werd afgesloten met twee edities van de Voorschriften Beton Constructief, de VBC 1990 en de VBC 1995. Vanaf 1 april 2012 gelden de Eurocodes. Voor beton zijn dat de verschillende delen van de NEN-EN 1992-serie. Met name in 1974, met de introductie van de VB 1974, werden de rekenregels voor dwarskracht fors aangescherpt en, zoals uit figuur 3 blijkt, is meer dan de helft van de constructies gebouwd op basis van eerdere voorschriften. Bij de beoordeling van die oudere constructies moet rekening worden gehouden met de consequenties daarvan. Hierna worden de belangrijkste kenmerken besproken van de verschillende generaties voorschriften (tabel 1). GBV 1962 Volgens de GBV 1962 werd in de gebruikstoestand getoetst op toelaatbare spanningen. De veiligheid was verdisconteerd in de toelaatbare spanningen. De optredende hoofdtrekspanning werd berekend uitgaande van een ongescheurde doorsnede met Tabel 1 Kenmerken dwarskrachttoetsing verschillende voorschriften (voor doorsneden zonder normaalkracht) voorschrift GBV 1962VB 1974 VB 1974/1984 VBC 1990 VBC 1995 NEN-EN 1992-1-1 aspect beoordeling in: BGTUGTUGT UGT veiligheid implicietop belasting op belasting en sterkte toetswaarde hoofdtrekspanning ? = 1,5 ? V / (b?h) nominale schuifspanning ? d = V d / (b?h) grenswaarde zonder dwarskrachtwapening K160: ? ? 0,6 MPa K225: ? ? 0,7 MPa K300: ? ? 0,8 MPa ? d ? 0,5?f b ondergrens: 0,4?f b luxe formule: 0,4?k h?k???0 1/3?fb ondergrens: v min luxe formule: C Rd,c?k? (100? ? l?fck)1/3 gunstig effect puntlasten bij oplegging geen geenbij eindsteun- punten bij eind- en tussen- steunpunten Toetsingskader bestaande constructies4 2 0 12 21 4 onderzoeksresultaten. In een later stadium zullen die reken- regels worden overgebracht naar NEN 8702. Op grond van artikel 1b, tweede lid, van de woningwet mag de eigenaar zijn bouwwerk niet in een staat brengen of houden onder het afkeurniveau van het Bouwbesluit 2012. Gebeurt dit wel, dan is er sprake van een economisch delict. Het afkeurniveau, dat in vergelijking met het nieuwbouwniveau een laag veiligheidsniveau is, wordt ook wel aangeduid als het aanschrijfniveau. Komt een bouwwerk daaronder, dan kan de eigenaar worden aangeschreven door het bevoegd gezag, veelal de gemeente, om constructieve maatregelen te treffen. Voor het afkeurniveau verwijst het Bouw- besluit 2012 naar NEN 8700, waarin dit niveau is gekwantificeerd Het voorgaande overziend, zijn er in de loop der jaren dus verschillende veranderingen aangebracht, waarvan de veran- dering van de dwarskrachtsterkte in de VB 1974 het meest ingrijpend is geweest. De hoofdreden daarvoor was dat steeds meer hoogwaardige betonstaalsoorten (FeB 400, FeB 500) werden toegepast, terwijl eerder veel zachtstaal (FeB 220, FeB 240) werd gebruikt. De consequentie hiervan was dat minder langswapening werd toegepast. Dat betekende een minder stijve trekband en daardoor een lagere dwarskracht- sterkte dan daarvoor. Omgekeerd houdt dit overigens in dat bij oude constructies met zachtstaal als langswapening in de meeste gevallen niet het bezwijken op dwarskracht maatgevend zal zijn, maar het bezwijken op buiging. Eisen aan bestaande constructies De eigenaar van een bestaande bouwconstructie heeft als wettelijke verplichting: ? deze te beheren als een 'goed huisvader'; ? deze adequaat te onderhouden; ? er geen oneigenlijk gebruik van te maken. Voor wat betreft de constructieve veiligheid mag van de eige- naar worden verwacht dat hij deze op een voldoende niveau houdt. Ten aanzien van een eventuele functieverandering van de constructie geldt dat een andere functie niet mag leiden tot een te laag niveau van constructieve veiligheid. De vraag is dan echter welk niveau van veiligheid moet worden aangehouden. Voor nieuwbouw zijn vanaf 1 april 2012 het Bouwbesluit 2012 en de daardoor aangewezen Eurocodes met nationale bijlagen van kracht. Voor nieuwe kunstwerken van RWS geldt tevens de nieuwe ROK (Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken) van RWS. Voor bestaande constructies geldt op grond van het Bouw- besluit 2012 publiekrechtelijk de combinatie van de nieuwe NEN 8700-serie met de Eurocodes (tabel 2). Van de NEN 8700-serie zijn NEN 8700 [1] en NEN 8701 [2] beschik- baar, waarvan de eerste is aangewezen door het Bouwbesluit 2012. NEN 8700 bevat in combinatie met NEN-EN 1990 de grondslagen voor de beoordeling, en de combinatie van NEN 8701 met de NEN-EN 1991-serie betreft de in rekening te brengen belastingen. In het verlengde daarvan is NEN 8702 [3], die een combinatie gaat vormen met de NEN-EN 1992-serie voor betonconstructies, in voorbereiding. De kern van die nieuwe norm is dat conservatismen in de NEN-EN 1992-serie, die zouden leiden tot een te conservatief beoordelingsresultaat, worden ondervangen. RWS hanteert voor bestaande kunstwerken tevens de nieuwe RBK (Richtlijnen Beoordeling Kunstwerken) van RWS. De RBK bevat verschillende rekenregels voor betonconstructies die zijn gebaseerd op de in dit themanummer beschreven Tabel 2 NEN 8700-serie met Eurocodes voor bestaande bouw nieuwbouw bestaande bouwonderwerp NEN-EN 1990 NEN 8700Grondslagen NEN-EN 1991 NEN 8701Belastingen NEN-EN 1992 NEN 8702Betonconstructies NEN-E