Joost GulikersJoost GulikersJoost GulikersJoost Gulikers

Rijkswaterstaat

Dienst Infrastructuur

Afdeling Civiele Techniek

LEVENSDUUR VAN INFRASTRUCTUUR:

DE (ONGEZONDE) SPANNING TUSSEN

THEORIE EN PRAKTIJK

Falen of presteren 27 maart 20122

Rijkswaterstaat

Inleiding

• Rijkswaterstaat – Dienst Infrastructuur:

– Ontwikkeling, realisatie en management van

viaducten, bruggen, tunnels, sluizen en (water)wegen

• 2 hoofdspecialismen: technologie en project management

DOEL RWS-DI:DE NATIONALE INFRASTRUCTUUR IN EEN VEILIGE EN

‘BRUIKBARE’ CONDITIE HOUDEN

Falen of presteren 27 maart 20123

Rijkswaterstaat

Kenmerken

• Infrastructuur: economisch belang

• Eigen richtlijnen (ROK/RBK): annex bij de normen

• Ontwerplevensduur: 100 jaar

• Onderhoudsarm/vrij

• Preventief onderhoud

• Groot deel: beton (gewapend – voorgespannen)

Falen of presteren 27 maart 20124

Rijkswaterstaat

Beton

•Cement-toeslagmateriaal-water

•Dmax = 16 –32mm; 2400 kg/m3

•Cementgehalte: 280-400kg/m3

•Water: wcf = 0.35-0.60

•Bindmiddelen: hoogovenslak – poederkoolvliegas

•Vulmiddelen: kalksteenmeel – kwartsmeel

•Hulpstoffen: plastificeerder – luchtbelvormer

•Toeslagmaterialen: riviergrind - zeegrind

Falen of presteren 27 maart 20125

Rijkswaterstaat

Gewapend beton

•Druksterkte: 15-120 MPa (bijv C35/45)

•Treksterkte: ca. 10%

•Wapeningsstaal: ∅∅∅∅6- 32mm

•Alkalisch milieu (pH > 13)

•(Open) porositeit: 10-20%

Falen of presteren 27 maart 20126

Rijkswaterstaat

Levensduur – duurzaamheid –betonnen kunstwerken

Degradatiemechanismen:

•Vorst-dooi

•Sulfaataantasting

•ASR

•Wapeningscorrosie (CO2 – Cl-)

Falen of presteren 27 maart 20127

Rijkswaterstaat

Vorst-dooischade

Falen of presteren 27 maart 20128

Rijkswaterstaat

ASR (Alkali-Silica-Reactie)

Falen of presteren 27 maart 20129

Rijkswaterstaat

Duurzaamheid - ontwerp

Normen – deemed-to-satisfy:

•Milieuklasse: XC – XD - XS

•Max wcf; min. cementgehalte

•Scheurwijdte

•Betondekking: basis is 50jr

•Betondekking 100jr: +10mm 35 – 60mm

•Verdichting

•Nabehandeling (betonoppervlak)

Falen of presteren 27 maart 201210

Rijkswaterstaat

Duurzaamheid - ontwerp

Prestatie-eisen:

•Doel is het behalen van een bepaalde prestatie en hoe dat behaald wordt is aan de ON

•Onderscheid in cementen

•Meest economische oplossing

Falen of presteren 27 maart 201211

Rijkswaterstaat

Voorbeeld (A2-Maastricht)

ON: onderschrijdingskans van 10%

Probabilistische aanpak???

Falen of presteren 27 maart 201212

Rijkswaterstaat

MaVa Project

Falen of presteren 27 maart 201213

Rijkswaterstaat

Project MaVa

• Afstand van ca. 30km Maasvlakte-Vaanplein

• Combinatie van nieuwe bestaande constructies (kunstwerken)

• Ontwerplevensduur: 100 jaar

• DBFM contract: Design, Build, Finance and Maintain

• Opdrachtnemer: meer vrijheid in oplossingen MAAR verantwoordelijk gedurende contractduur van 25-30 jaar

• Criterium voor betaling: aantoonbaar optimale verkeerscapaciteit

Falen of presteren 27 maart 201214

Rijkswaterstaat

Project MaVa

minimum niveau

startconditie

huidige conditie

ouderdom van het kunstwerk [jr]

voorspelling

100

minimum niveau

conditie

tInsp restlevensduur

model

Falen of presteren 27 maart 201215

Rijkswaterstaat

Falen of presteren 27 maart 201216

Rijkswaterstaat

Tabellen voor 80, 100 en 200(!!) jaar

Falen of presteren 27 maart 201217

Rijkswaterstaat

CUR LEIDRAAD 1

• Semi-probabilistische aanpak

• DuraCrete model

(goede ervaring in praktijk: GHT/Westerscheldetunnel)

“Draaiknoppenmethode”; geen kritische evaluatie

Argumentatie voor prestatiegerichte aanpak:

•Onderscheid in cementsoort

•Variabele ontwerplevensduur

Falen of presteren 27 maart 201218

Rijkswaterstaat

CUR Leidraad 1

0

10

20

30

40

50

30 40 50 60 70

mean cover depth, µµµµc [mm]

CEM II/B-V

CEM ICEM III/A

CEM III/B

tdsl = 100yr

marine environment

(XS2 - XS3)

to = 28d

me

an

mig

rati

on

co

eff

., µµ µµ

DR

CM

,o [

10

-12m

2/s

]

Falen of presteren 27 maart 201219

Rijkswaterstaat

Realistisch ??

34

35

36

37

38

39

40

41

0 50 100 150 200 250

ontwerplevensduur, tdsl [yr]

ge

m.

be

ton

de

kk

ing

, µµ µµ

c [

mm

]

CEM I

CEM III/A

CEM III/B

CEM II/B-V

CUR Leidraad 1

tdsl,ref = 50jr

µµµµcref = 35mm

XD1-XD2-XD3-XS1

referentiesituatie

Falen of presteren 27 maart 201220

Rijkswaterstaat

( ) ( )

⋅⋅−−=

tD2

xerfCCCt,xC

a

iss

Afleiding van prestatie-eisen - 1

Oplossing van de 2e Wet van Fick: 2

2

x

C

t

C

δδδδ

δδδδ====

δδδδ

δδδδ

Falen of presteren 27 maart 201221

Rijkswaterstaat

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 20 40 60 80 100

distance to exposed concrete surface, x [mm]

ch

lori

de

co

nte

nt,

C [

%m

/m c

em

en

t]

10yr

Da = 5.274mm2/yr

Cs = 1.5%

Ci = 0.1%

40yr

100yr

Cs

Ci

Ccrit

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 20 40 60 80 100

distance to exposed concrete surface, x [mm]

ch

lori

de

co

nte

nt,

C [

%m

/m c

em

en

t]

10yr

Da = 5.274mm2/yr

Cs = 1.5%

Ci = 0.1%

40yr

100yr

Cs

Ci

CcritCcrit

Chlorideprofiel

Falen of presteren 27 maart 201222

Rijkswaterstaat

Einde levensduur: C(c; tdsl) = Ccrit

dsl

2

is

crits

at

1

CC

CCinverf2

cD ⋅

−

−⋅

=

( ) ( )

⋅⋅−−=

tD2

xerfCCCt,xC

a

iss

Afeleiding van prestatie-eisen 2

Kwantiteit

Kwaliteit

Tijd-afhankelijkheid:

Beproevingsmethode:

(((( )))) (((( ))))a

refrefaa

t

ttDtD

⋅⋅⋅⋅====

(((( )))) (((( ))))reftestjrefa tDktD ⋅⋅⋅⋅ΠΠΠΠ====

Falen of presteren 27 maart 201223

Rijkswaterstaat

Afleiding van prestatie-eisen - 3

DuraCrete

ke: omgevingsfactor

kc: nabehandelingsfactor

a: verouderingsexponent

dsl

a

dsl

refce

2

is

crits

nssm

tt

tkk

1

CC

CCinverf2

cD

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

−−−−

−−−−⋅⋅⋅⋅

====

Chloride migratiecoëfficiënt

Falen of presteren 27 maart 201224

Rijkswaterstaat

Semi-probabilistische benadering - 1

Toeslag in betondekking ∆∆∆∆c (Rostam)

Falen of presteren 27 maart 201225

Rijkswaterstaat

dsl

a

dsl

ce

2

is

crits

nssm

tt

0767.0kk

1

CC

CCinverf2

ccD

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅

−−−−

−−−−⋅⋅⋅⋅

∆∆∆∆−−−−====µµµµ

CUR Leidraad 1; toeslag in betondekking ∆∆∆∆c

Wapeningsstaal: ∆∆∆∆c = 20mm Pdep < 10%

Voorspanstaal: ∆∆∆∆c = 30mm Pdep < 5%

Semi-probabilistische benadering - 2

Falen of presteren 27 maart 201226

Rijkswaterstaat

CUR Leidraad 1

???? ????

Semi-probabilistische

Falen of presteren 27 maart 201227

Rijkswaterstaat

Kans van circa 10%?

0

5

10

15

20

25

30 40 50 60 70

mean cover depth, µµµµc [mm]

pro

ba

bilit

y, P

i [%

]

CEM II/B-V; XDCEM III/B; XD

CEM III/A; XD

CEM II/B-V; XS

CEM III/B; XS

CEM III/A; XS

CEM I; XD

CEM I; XS

tdsl = 100yr

target level

0.5%

20.6%

Falen of presteren 27 maart 201228

Rijkswaterstaat

Opstelling versnelde migratieproef - 1

DC spanningsbron

Catholyt

Anolyt

Kunststof reservoir

Kunststof ondersteuning

kathode

proefstukAnode

Rubber mof

Falen of presteren 27 maart 201229

Rijkswaterstaat

Opstelling versnelde migratieproef - 2

Falen of presteren 27 maart 201230

Rijkswaterstaat

Versnelde Chloride Migratieproef - 1

• Drijvende kracht: opgelegd elektrisch veld (400 –1200 V/m1)

• Duur: 12-48h

• Vertaling van de indringdiepte naar Dnssm

• Dnssm is afhankelijk van de ouderdom (verouderingseffect; type cement)

Falen of presteren 27 maart 201231

Rijkswaterstaat

Versnelde Chloride Migratieproef - 2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 10 20 30 40 50

distance to concrete surface, x [mm]

fre

e C

l- co

nc

en

tra

tio

n, C

[m

ol/

l]

diffusion

Dnssm = 10⋅⋅⋅⋅10-12

m2/s

Ueff = 30V

L = 50mm

t = 48h

co = 1.9M

migration

48h

90d

48h

Tsunami profiel

Falen of presteren 27 maart 201232

Rijkswaterstaat

Versnelde Chloride Migratieproef - 3

Falen of presteren 27 maart 201233

Rijkswaterstaat

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 5 10 15

distance to exposed concrete surface, x [mm]

ch

lori

de

co

nte

nt,

C [

%m

/m c

on

cre

te]

total

water soluble

free

Versnelde Chloride Migratieproef - 4

Falen of presteren 27 maart 201234

Rijkswaterstaat

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

w/b

Dnssm [10-12 m2/s]

CEM I

CEM II/B-V

CEM III/B

40

30

20

10

0

RELATIE W/B - Dnssm

Falen of presteren 27 maart 201235

Rijkswaterstaat

RELATIE W/B - Dnssm

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65

w/b

Dnssm [10-12 m2/s]

CEM II/B-V

40

30

20

10

0

Falen of presteren 27 maart 201236

Rijkswaterstaat

Theorie – Laboratorium – Praktijk!

Falen of presteren 27 maart 201237

Rijkswaterstaat

Spanningsveld - conclusies

• Wetenschapper: iets nieuws ontwikkelen en zsmpubliceren

• Wetenschapper: bedenkt oplossing…… en later wordt het bijbehorende probleem gezocht

• Wetenschapper: denkt in modellen/amper besef van praktijk

• Wetenschapper: vrijwel geen risico

• Toegevoegde waarde? Wat is het rendement? Wat is nu het feitelijke probleem?