Levensduur van infrastructuur

19
Joost Gulikers Joost Gulikers Joost Gulikers Joost Gulikers Rijkswaterstaat Dienst Infrastructuur Afdeling Civiele Techniek LEVENSDUUR VAN INFRASTRUCTUUR: DE (ONGEZONDE) SPANNING TUSSEN THEORIE EN PRAKTIJK Falen of presteren 27 maart 2012 2 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

Transcript of Levensduur van infrastructuur

Page 1: Levensduur van infrastructuur

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

Page 2: Levensduur van infrastructuur

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

Page 3: Levensduur van infrastructuur

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-)

Page 4: Levensduur van infrastructuur

Falen of presteren 27 maart 20127

Rijkswaterstaat

Vorst-dooischade

Falen of presteren 27 maart 20128

Rijkswaterstaat

ASR (Alkali-Silica-Reactie)

Page 5: Levensduur van infrastructuur

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

Page 6: Levensduur van infrastructuur

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

Page 7: Levensduur van infrastructuur

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

Page 8: Levensduur van infrastructuur

Falen of presteren 27 maart 201215

Rijkswaterstaat

Falen of presteren 27 maart 201216

Rijkswaterstaat

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

Page 9: Levensduur van infrastructuur

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

]

Page 10: Levensduur van infrastructuur

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

Page 11: Levensduur van infrastructuur

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====

Page 12: Levensduur van infrastructuur

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)

Page 13: Levensduur van infrastructuur

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

Page 14: Levensduur van infrastructuur

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

Page 15: Levensduur van infrastructuur

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)

Page 16: Levensduur van infrastructuur

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

Page 17: Levensduur van infrastructuur

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

Page 18: Levensduur van infrastructuur

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!

Page 19: Levensduur van infrastructuur

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?