Nieuwe kennis voor oude kunstwerken

Naar de kennisbank

Waterland Nederland staat vol met duizenden ‘natte kunstwerken’, zoals deze constructies in onze waterinfrastructuur met een vakterm heten. Veel ervan zijn in de jaren voor en vlak na de Tweede Wereldoorlog aangelegd en zijn, gezien hun leeftijd, mogelijkerwijs ‘opgebruikt’. Intussen zijn transport, veiligheid, landbouw, watervoorziening en economie sterk afhankelijk van deze waterbouwkundige constructies.

Sommige kunstwerken moeten vervangen worden, andere kun je renoveren, soms kun je de levensduur verlengen met intensiever onderhoud. Joost Breedeveld, expert weerbare infrastructuur bij Deltares: "De kosten van al deze operaties zijn fors en de capaciteit is beperkt, dus daar moeten we keuzes in maken. De vraag is wat de goede keuzes zijn."

Onderzoek naar corrosie

Samen met TNO, MARIN en Rijkswaterstaat, de beheerder van veel grote complexe kunstwerken, werkt Deltares aan het Kennisprogramma Natte Kunstwerken (KpNK).

"Het KpNK moet het maken van deze keuzes door beheerders ondersteunen met kennis en tools om de kunstwerken te beoordelen", aldus Dick ten Hove, expert scheepvaart en maritieme constructies bij MARIN.

"Een goed voorbeeld is onderzoeken van de corrosie van stalen damwanden, die als oeverconstructie langs kanalen staan of onderdeel uitmaken van sluizen of stuwen", zegt Joost. "Door corrosie (roesten) worden die in de tijd minder dik en dus minder sterk. Kun je op een slimme manier meten hoe dik die stalen wanden nog zijn?"

Nieuwe meettechniek

Tot nog toe wordt voor zulke diktemetingen een techniek gebruikt die gebaseerd is op ultrasoon geluid, vertelt Ad van ’t Zelfde van TNO, dat deze techniek ontwikkelde. "Daarvoor moet een duiker het water in, want je moet eerst netjes het oppervlak schoonmaken van aangroei van algen, schelpen en andere prut."

Maar het inzetten van duikers is duur en brengt risico’s met zich mee. Een nieuwe techniek, Pulse Eddy Current Testing (PECT), meet de dikte door de respons op elektromagnetische pulsen waar te nemen. "Daarvoor hoef je niets schoon te vegen", stelt Ad, "dus dat kun je doen vanaf de kant, of eventueel met onderwaterrobots."

Maar voordat je overstapt op een andere meettechniek wil je weten of de technieken even betrouwbaar zijn. "Dus wij hebben beide technieken toegepast op een sluis die gesloopt ging worden. Daarna hebben we de damwanden eruit getrokken en de dikte gemeten met een heel precieze laser-meting."

Dit onderzoek valideert de nieuwe PECT-techniek, waarmee dus in de toekomst damwanden sneller, goedkoper en vollediger bemeten kunnen worden.

Het KpNK moet het maken van keuzes door beheerders ondersteunen met kennis en tools om de kunstwerken te beoordelen

Dick ten Hove, expert scheepvaart en maritieme constructies MARIN

Opties bekijken

"In het ene geval ziet dat er ook na vijftig of zeventig jaar heel netjes uit, in andere gevallen zitten er overal corrosieplekken", ziet Ad. Als uit zulke metingen blijkt dat er meer levensduur uit te halen is, dan kun je gewoon verder blijven onderhouden, of je pleegt intensiever onderhoud om de levensduur verder te verlengen.

"Maar het kan ook zijn dat je de damwand moet versterken", vult Joost aan. "Nog vergaander is om de damwand er helemaal uit te halen en er een nieuwe in te zetten. Of mogelijk kies je dan voor een geoptimaliseerde constructie met minder staal, of van hout. Dat zijn allemaal opties die je wilt bekijken."

Aanvaringsrisico’s

Dick: "Een ander aspect is het inventariseren van aanvaarrisico’s van bruggen, het zoeken naar nieuwe methoden om te beoordelen wat de kans is op een aanvaring, en wat de consequenties zijn."

De schaalvergroting van de scheepvaart, met steeds meer en grotere schepen, en ook sterkere motoren, speelt daarbij een grote rol. "Je gaat altijd uit van de slechtste situatie, dus het grootste schip, met de hoogste snelheid. Dat betekent dat je met de dimensionering aan de conservatieve kant wilt zitten, maar die ruimte is er niet altijd meer. Dus moeten we op zoek naar hoe je beter zicht kunt krijgen op de werkelijke risico’s. Je gaat letterlijk iets meer de marges opzoeken."

Niet altijd zijn er van oudere kunstwerken nog tekeningen, maar hebben we allerlei data uit allerlei bronnen

Ad van 't Zelfde, TNO

"Bij zulke afwegingen wordt ook uitdrukkelijk gekeken naar de rol die het kunstwerk speelt in het waterwegennetwerk", aldus Joost, "niet ieder kunstwerk is even belangrijk. Stel dat je schepen kunt laten omvaren, zodat je van die verouderde schutsluis minder of zelfs geen gebruik hoeft te maken, dan scheelt dat ook enorm."

Naast scheepvaart worden ook waterveiligheid, drinkwatervoorziening en ecologie meegenomen in zulke afwegingen. Nog een kwestie is de instandhouding van de verouderde stuwen in de Maas die voor de scheepvaart het waterpeil in de Maas reguleren.

Joost: "De mechanieken waarmee de stuwen opgezet en neergelaten worden, beginnen gebreken te vertonen, en voldoen ook niet meer aan de laatste Europese machinerichtlijnen." In de komende jaren zal over een omvangrijke vernieuwingsoperatie besloten moeten worden.

Klimaatverandering

Naast de ‘aflopende garantie’ van de kunstwerken zijn er nog andere factoren die de vernieuwingsopgave juist nu urgent maken. "Door klimaatverandering krijgen we te maken met meer extreme situaties", zegt Joost, "dus meer en langere droge periodes met een watertekort en nattere periodes met wateroverlast."

Historisch gezien ging het in Nederland altijd over de dreiging van hoog water. Ad: "Maar in 2018 hebben we geleerd dat ook droogte en lage waterstanden een probleem kunnen zijn."

Niet alleen voor de scheepvaart en de voorziening van drink- en sproeiwater, maar ook voor de kunstwerken. "Corrosie van droogstaande delen kan toenemen, en er is minder zoetwater beschikbaar om het indringen van zout water uit de zee tegen te gaan."

Simulaties

Ook het mogelijk maken van simulaties, bijvoorbeeld de indringing van de hoeveelheid zout zeewater door een zeesluis naar het binnenwater bij het doorlaten van schepen, horen bij het palet van het KpNK. De opgedane kennis wordt systematisch in kaart gebracht, zegt Ad.

"Niet altijd zijn er van oudere kunstwerken tekeningen meer, maar hebben we allerlei data uit allerlei bronnen. Als je honderd sluizen onderzoekt, hoe kun je die nu onderling vergelijken? En uit al die informatie de hoofdlijnen halen, bijvoorbeeld om te zien waar de problemen meestal zitten? Bij zulke kennismanagementvragen speelt de kennisbank een grote rol."

De kennisbank is een website toegankelijk voor iedereen. "Je kunt daar op type kunstwerk selecteren, en op vakspecifieke invalshoeken", aldus Joost, "de nautische invalshoek, de constructieve kant, of de geotechnische kant."

Stel dat je schepen kunt laten omvaren, zodat je van de verouderde schutsluis geen gebruik hoeft te maken, dan scheelt dat enorm

Joost Breedeveld, expert weerbare infrastructuur bij Deltares

Betere tools

Natte kunstwerken zijn inherent interdisciplinair, benadrukken alle drie de KpNK-onderzoekers. De vakkennis van Deltares, TNO en MARIN vult elkaar goed aan.

Joost: "Bij een schutsluis heeft TNO verstand van het staal en beton, Deltares van het water en de grond waarin deze is aangebracht en MARIN van de schepen die ervan gebruik maken."

De gezamenlijke kennis komt ook weer samen in plannen voor praktijkonderzoek. Joost: "Als een sluis is afgeschreven is en moet worden gesloopt, kunnen we die mogelijkerwijs als een soort proeftuin gebruiken. Hoe leerzaam zou het zijn als je een – ook afgeschreven – schip onder gecontroleerde omstandigheden de sluisdeur eruit kan laten varen. Dan zouden we daarna de gevolgen voor de gehele constructie heel precies kunnen onderzoeken. Van dat soort onderzoek kunnen we veel leren. Dit is één van de wildere ideeën waarover we nadenken om beheerders in de toekomst betere kennis en tools voor hun instandhoudingsopgave aan te kunnen reiken."