levensduur van infrastructuur
TRANSCRIPT
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?