Stalen en composiet staanbeton tunnelconstructies (PDF)

M 612-01
STALEN EN COMPOSIET STAALBETON
TUNNELCONSTRUCTIES
Centrum Ondergronds Bouwen

Auteursrechten
AIle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd
gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door
fotokopieen, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van CUR/COB.
Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen,
scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien
deze in de bron voorkomt. "c CUR/COB-rapport M 612-01 'Stalen en composiet staalbeton tunnelconstructies'
Stichting CUR, Gouda, mei, 2000.
Aansprakelijkheid
CUR/COB en degenen die aan deze publicatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid
betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch
fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. leder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is
geheel voor eigen risico van de gebruiker, en CUR/COB sluit - mede ten behoeve van al degenen die aan deze
uitgave hebben meegewerkt - iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van
deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld
zijdens CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt.

VOORWOORD
Op initiatief van het Centrum Ondergronds Bouwen van de Stichting Civieltechnisch Centrum
Uitvoering Research en Regelgeving (CUR/COB) werd in 1995 de uitvoeringscommissie M 610
"Basisonderzoek stalen en composiet staalbeton tunnelconstructies" opgericht. Deze commissie
had als doelstelling inzicht te verkrijgen in het gedrag en de toepassingsmogelijkheden van staal
en composiet staalbeton voor ondergrondse constructies.
Inventarisatie
De commissie kreeg als eerste taak een inventarisatierapport samen te stellen betreffende de
toepassingsmogelijkheden van staal al dan niet in combinatie met beton, de beschikbare kennis
en de ervaringen c.q. verwachtingen met betrekking tot ondergrondse constructies. Op basis van
deze studie zijn de leemten in kennis aangegeven en voorstellen voor vervolgonderzoek
geformuleerd. Het rapport M 610-01 'Stalen en composiet staalbeton tunnelconstructies.
Inventarisatie en kennisleemten' is injuli 1996 door het COB uitgebracht.
Verder onderzoek
In 1997 kreeg de commissie, in een enigszins gewijzigde samenstelling, opdracht de hiervoor
genoemde kennisleemten nader uit te werken. De nieuwe commissie M6I0 "Stalen en composiet
staalbeton tunnelconstructies" kreeg de volgende taakstelling:
Het project is verdeeld in vijf deelprojecten:
M 611: Eisen te stellen aan stalen en composiet staalbeton tunnels
M 612: Materiaaltechnologische aspecten van stalen en composiet staalbeton tunnels
M 613: Technologische aspecten met betrekking tot het ontwerp en de vervaardiging van stalen
en composiet staalbeton tunnels
M 614: Economische aspecten van stalen en composiet staalbeton tunnels
M 615: Kennisoverdracht
In M 611 moeten de eisen zodanig worden geformuleerd dat innovatieve ontwikkelingen niet
worden belemmerd. Vervolgens moet worden aangetoond dat een gedegen kennis van de
duurzaamheid en de materiaaleigenschappen van staal leidt tot economische oplossingen. In
deelproject M 612 zullen de keuzecriteria worden gegeven voor het toepassen van onbeschermd
dan wel beschermd staal. In deelproject M 613 wordt gezocht naar een optimale afstemming
tussen uitvoeringstechniek en staalsoort. Verder zal in dat deelproject de geschikte methoden
worden aangereikt om opdrijven te voorkomen en de brandveiligheid van de constructie te
waarborgen. In deelproject M 614 wordt een analyse gegeven van de economische aspecten die
op tunnelbouw betrekking hebben. Deelproject M 615 Kennisoverdracht moet ervoor te zorgen
3

dat de resultaten van het onderzoek uiteindelijk hun toepassing vinden bij andere onderzoekers
en de praktijk.
In dit rapport worden de resultaten van deelproject M 612 gepresenteerd.
De uitvoeringscommissie is breed samengesteld vanuit de aannemerij, ingenieursbureaus,
Staalbouwkundig Genootschap (thans Bouwen Met Staal), kennis en wetenschappelijke instituten
en opdrachtgevers. De leden die namens het Staalbouwkundig Genootschap in de commissie zijn
vertegenwoordigd, zijn afkomstig van de onderzoekscommissie SG/TC 20 "Ondergronds
bouwen".
De samenstelling van de uitvoeringscommissie M 610 'Basisonderzoek stalen en composiet
staalbeton tunnels' ten tijde van het afronden van het rapport was:
dr. T. Hurkmans, voorzitter
ir. R. van de Waal, secretaris
ing. J.W.P.M. Brekelmans, technisch rapporteur
ir. L. C. Kwak coordinator
ir. F. S.K. Bijlaard
ir. L.H. Lu
ir. D. J. Peters
ir. J.P. Serle
prof.ir. lW.B. Stark
ir. C. Speksnijder
ing. P.c. Vos
Hoogovens
Iv Consult, namens SG
TNO Bouw
CUR/COB
TNO Bouw
RWS
TEC
Ballast Nedam
TU Delft
Mercon, namens SG
NS Railinfrabeheer
De werkzaamheden zijn uitgevoerd door de commissie M 612: Eisen te stellen aan stalen en
composiet staalbeton tunnels, waarvan de samenstelling ten tijde van het afronden van dit
rapport was:
dr. T. Hurkmans
L. Carrion Lara
ir. F. Blekkenhorst
ir. A.W.M. Bosman
ing. J.W.P.M. Brekelmans
trekker Hoogovens
Hoogovens
Hoogovens
Hoogovens
TNO Bouw
De werkzaamheden in de deelprojecten zijn gecoordineerd door de technisch rapporteur, ing.
J.W.P.M. Brekelmans, werkzaam bij TNO Bouw afdeling constructies, die uiteindelijk ook het
rapport heeft samengesteld.
Mei 2000
4
Het bestuur van de CUR
Het bestuur van COB

INHOUD
VOORWOORD 3
SAMENV ATTING 9
1.
1.1
1.2
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
3.
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.2.7
3.2.8
3.2.9
3.2.10
INLEIDING
11
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Indeling van het rapport 12
Literatuur. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12
CORROSIVITEITVAN DE BODEM
"""""""""""""""""""""""""""
Defmitie en karakteristieken """""""""""""""""""""""""""""'"
13
14
Vochtgehalte 15
Beluchtingsgraad 15
Biologische activiteit 16
Chemische samenstelling
"""""""""""""""""""""""""""""""""""
Temperatuur
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Specifieke bodemweerstand
18
19
20
""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Afwisselende condities
"""""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Inhomogene structuur van de grond.
22
23
Zwerfstromen 27
Interferentie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28
De Nederlandse ondergrond in kaart gebracht 29
Literatuur 30
CORROSIE VAN STAAL IN DE PRAKTIJK 33
Corrosievormen . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . ., . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
Algemene corrosie 33
Galvanische corrosie 34
Spleetcorrosie 35
Putcorrosie 35
Spanningscorrosie 35
Microbiele corrosie 36
Corrosie van staal in de praktijk 37
In Nederland 37
In Duitsland 38
In Zweden 38
In Amerika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
In China.
"
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
"
39
In Frankrijk 39
In Rusland. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
" 39
Onder mariene sedimenten 39
Onder water (op grote diepten en in de grond) .. .. .. ... ... ... ... .. ... .. .. .. ... ... .. .. .. ... . 40
Onder water (op geringe diepte) in aanwezigheid van bacterien ................. " 41
5

3.2.11 De bodemagressiviteit volgens de normen 41
""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
3.2.12 Corrosiebelasting aan de binnenzijde van de tunnel 43
3 . 3 Literatuur. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44
4. BEPALING VAN DE BODEMAGRESSIVITEIT 46
4.1 Classificatie van de agressiviteit van de bodem , 46
4.2 ANSI-methode 47
4.3
4.4
4.5
4.6
DIN-methode
, """""'"
""""""" ""
Bodemweerstand
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Redox-potentiaal
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Statistische rekenmodellen
""
... ...
"""
...49
53
54
54
4.7 Elektrochemische technieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61
4.7.1 Polarisatieweerstand 62
4.7.2 AC Impedantiemetingen in het laboratorium """""" "" ... 66
4.8 Literatuur. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. 69
5.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
MATERIAALTOEPASSINGEN IN DE BODEM 72
Diverse staalkwaliteiten 72
Cladstaal.
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Weervast staal
72
73
Roestvast staal 74
Gietijzer
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
Verzinkt staal
75
...................................................... 76
Aluzink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78
"'"
V oorspanstaal zonder aanhechting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79
Composietmaterialen """"""""""""""""""""""""""""""""""""'"
Literatuur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . " 81
6. TOEPASSING VAN COATINGS 85
6.1 Bescherming van de buitenzijde van de tunnelwand 85
6.1.1 Bitumen- en teerhoudende coatings 86
6.1.2 Extrusie van polyethyleen en polypropyleen 87
6.1.3 Sintercoatings van polyethyleen en epoxy 87
6.1.4 Oplosmiddelarme epoxy- en polyurethaansystemen 88
6.1.5 Oplosmiddelvrije epoxy- en polyurethaanystemen 88
6.1.6
6.1. 7
Tapes en wikkelband
"""""""""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Metallieke coatings
89
89
6.1.8 Cementbeton 90
6.2 Bescherming van de binnenzijde van de tunnelwand 91
6.3
6.4
6.5
Toepassing van coatings en KB
"""""""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Cathodic disbonding
""""""""""""""""""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Eisen ten aanzien van eigenschappen van de coatings
92
94
95
6.6 Brandvertragende (of brandwerende) coatings 97
6.6. 1
6.6.2
Invloed van brand op staa1constructies .... .. .. .. .. .... . .. .. .. .. .. .... .. . 97
'"
Klassering van de brandvertragende bekledingen .. ...... ... ... ... 97
"""""""""""
'"
6
80

6.6.3 Toepassing van brandvertragende coatings 98
6.7 Literatuur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.
7 .1
KATHODISCHE BESCHERMING .103
""""""""""""""""""""""""""'"
Kathodische bescherming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.2 Galvanische opofferingsmaterialen .104
7.3 KB-installaties (opgedrukte stroom-methode) .106
7.3.1 Gelijkrichters .107
7.3.2 Grondbedden .107
7.3.3 Anodematerialen .108
7.4
7.5
Potentiaalcriteria
Stroomcriterium
""""""""""""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
110
.112
7.6 Stroomverbruik. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7. 7 Overbescherming. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.8 Potentiaa1verdeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.9 Zwerfstromenen interferentieverschijnselen .118
7.9.1 Criteriaten behoevevan interferentie ..............................119
7.9.2 Beschermende maatregelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
7.10 Economische aspecten van KB , """""'"
"""" ""
7.11 Literatuur. . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8. MONITORING EN CONTROLE .127
8.1 Doel van monitoring en controle "",,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ..127
8.2 Meetapparatuur .128
8.3
8.4
8.5
Controle van het KB-systeem
""""""""""""""""""""""""""""""'"
Meting van de MEP
""""""""""""""""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Meting van de beschermstroom
.129
.130
133
8.6 Meting van de bodemweerstand """,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 134
8.7 Meting van interfentie .136
8.8
8.8.1
Controle van de beschermingstoestand
""""""""""""""""""""""""'"
Baeckmann uitvoering (zie figuur 36a)
""""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
..138
..140
8.8.2 Gasunie uitvoering (zie figuur 37b).
""""""""""""""""""""""""""'"
8.9
8.10
Corrosiemonitoring
"""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Controle van de conditie van de coating
................. 142
144
8.10.1 De Pearson-techniek .144
8.10.2 De DCVG-techniek .145
8.10.3 De Current AttenuationSurveys-methode(CATS-methode)
""""""""""""'"
8.10.4 De coatingsweerstand-methode (of MEP-methode)
.146
.146
8.11 Geautomatiseerde beheersystemen .147
8.12 Literatuur .148
9.
9.1
9.2
9.3
ONDERHOUDSMANAGEMENT
Definitie van beheer en onderhoud
""""""""""""""""""""""""""""
.151
.152
Levensduur en duurzaamheid
''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Onderhoudsarm en -vriendelijk ontwerpen
..152
.154
122
.140
7

9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
9.11
9.12
9.13
9.14
9.15
9.16
9.17
9.18
Soort onderhoud .155
Onderhoudsbeheersystemen ., . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Onderhoudsmodellen . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Onderhoudscriteria .161
Invloed van het wegdek op het type onderhoud
"""""""""""""""""""""
Functionele eisen
.162
.163
Schilderonderhoud aan de binnenzijde van de tunnel .165
Onderhoud aan de buitenzijde van de tunneL ..166
Overig onderhoud .... ... .............................................. 166
Onderhoud van het KB-systeem """""""""'"
Controleregelmaat van het KB-systeem
,..
"""""""
.167
.168
Uitvoering van MEP-metingen in de praktijk .168
Controle van de conditie van de coating .......................................... 170
Civiel onderhoud. Inspecties en checklist [10] ..171
Literatuur .174
10. KEUZES IN DE ONTWERPFASE .176
10.1 Keuzes in de ontwerpfase .176
10.2 Beslissingsmatrix .177
10.3 Uitwerking van een praktijkvoorbeeld .179
10.3.1 Stappenplan .179
10.3.2 Conclusies en commentaar naar aanleiding van de bevindingen .185
10.4 Literatuur .186
BULAGE A Corrosiekaarten (6x) en verklarende toelichting """"""""""""""""'"
8
.187

SAMENV ATTING
Ais onderdeel van het COB project M 610 "Stalen en composiet staalbeton tunnelconstructies"
is in deelproject M 612 alle relevante literatuurgegevens met betrekking tot de "Materiaaltechnologische
aspecten" verzameld.
Deze gegevens, verzameld en gerangschikt in de vorm van een "technologische gereedschapskist",
dekken de meeste aspecten die betrekking hebben op een "integraal corrosiebeheersingssysteem"
(materiaalkeuze, beschermings- en monitoringstechnieken, levensduurvoorspelling,
onderhoud en beheer) en moet een waardevolle hulp kunnen bieden aan:
de ontwerpers van ondergrondse bouwwerken,
de constructeurs van ondergrondse staa1constructies en
de eigenaars of beheerders van ondergrondse staalconstructies.
Voor het samenstellen van dit rapport zijn de gegevens gebruikt die zijn verzameld tijdens een
uitgebreide literatuurstudie alsmede de gegevens die, speciaal voor dit projectonderdeel, door
diverse onderzoeksinstituten (i.h.b. het NITG-TNO) zijn geleverd. Vanwege van de leesbaarheid
wordt in dit rapport slechts melding gemaakt van de, zeer zorgvuldig geselecteerde, literatuurreferenties.
Deze referenties zijn per thema geselecteerd en worden in het desbetreffende
hoofdstuk vermeld.
De voomaamste aspecten die hierin zijn opgenomen zijn:
De lange termijn corrosieve effecten van een grondsoort, uitgaande van zijn structuur, de
chemische samenstelling (en die van het grondwater) en de (wisselende) condities ter
plaatse (temperatuur, beweging van het water, beluchtinggraad, enz.), op de levensduur
van de stalen tunnelwand of lining.
De mogelijke voorspelbaarheid van de te verwachten vorm van corrosie (egale of zeer
lokale aantasting) bij een bepaalde combinatie van bodemsamenstelling en constructieonderdeel
(lasverbinding, bouten en moeren, kleinschalige staalprofielen, enz.).
De belangrijkste factoren die de agressiviteit van de ondergrond bepalen (pH, grondweerstand,
enz.) en de juiste materiaalkeuze in die situatie.
De maatregelen (KB, coatings, corrosietoeslag, enz.) om de aantasting van de stalen
wand, in een bepaalde grondsituatie (bijvoorbeeld in aanwezigheid van zwerfstromen), te
voorkomen.
De monitoringstechnieken (corrosiesensoren, potentiaalmetingen, enz.) om de voortgang
van de corrosie en de werking van de meetinstrumenten te registreren.
De toe te passen onderhoudsstrategie en het beheersysteem bij een bepaalde situatie en
tunnelsoort.
In het rapport zijn de algemene chemische en elektrochemische basisprincipes van de theorie
van corrosie buiten beschouwing gelaten. Geinteresseerden in "de theorie" worden verwezen
naar bundels van "work papers" verzameld naar aanleiding van vaksymposia [1, 2] en naar
standaardboekwerken zoals [3, 4, 5].
De inhoud van dit rapport is in grote lijnen:
9

In hoofdstuk 1 wordt corrosiviteit van de bodem besproken en de gevolgen hiervan voor de
levensduur van stalen buizen.
In hoofdstuk 2 worden de diverse vormen van corrosie, die in de praktijk het meest in de
grond voorkomen, in het kort behandeld.
In hoofdstuk 3 wordt de bepaling van de bodemagressiviteit behandeld.
In hoofdstuk 4 worden de verschillende aspecten van het wel of niet toepassen van diverse
materialen in de ondergrondse bouw nader toegelicht. De voornaamste aspecten waarmee bij
de beschouwingen rekening wordt gehouden zijn corrosie en repareerbaarheid.
In overeenstemming met de beslissing van de COB-commissie M 610 wordt hier alleen de toepassing
van bekleed en onbekleed ongelegeerd en microgelegeerd staal (geen betonstaal) behandeld.
Bij wijze van uitzondering wordt hier ook het gebruik van roestvast stalen bevestigingsmiddelen
zoals bouten, moeren en zeltborende plaatschroeven meegenomen.
De keuze van het toe te passen coatingssysteem voor de bescherming van de tunnelsegmenten,
komt in hoofdstuk 5 aan de orde met een onderscheid tussen binnen- en buitenzijde.
Hoofdstuk 6 gaat nader in op de toepassing van kathodische bescherming. Op grond van het
verrichte literatuuronderzoek kan worden gesteld dat de huidige kennis omtrent het
mechanisme van Kathodische Bescherming te beperkt is om, met volledige zekerheid te
kunnen verklaren, wanneer, waarom en onder welke condities de aantasting van een
kathodisch beschermde ondergrondse staa1constructie minder wordt.
Monitoring en controle (inspecties) dienen een vooraanstaande plaats in te nemen in het
beheersysteem van een ondergrondse staa1constructie en vormen de onderwerpen van
hoofdstuk 7.
In hoofdstuk 8 wordt onderhoudsmanagement nader besproken. In dit hoofdstuk worden
alleen die aspecten van het onderhoud behandeld die binnen het kader van de
corrosiegerelateerde zaken vallen.
De keuzes in de ontwerpfase worden in hoofdstuk 9 aan de hand van een praktijkvoorbeeld
besproken.
Opvallend bij de meeste ontwerpen van ondergrondse tunnels, waar de toepassing van staal (al
dan niet in combinatie met beton) als alternatief voor beton wordt gepresenteerd, is dat in deze
ontwerpvarianten een groot aantal veiligheidsmaatregelen tegen corrosie wordt ingebouwd,
namelijk overdikte van de stalen plaat, een coating en KB, plus een corrosiemonitoringssysteem.
Om deze redenen is een praktijkvoorbeeld toegevoegd, waarin dit aspect op een
meer reele basis wordt behandeld.
Het resultaat van al die (soms overbodige) veiligheidsmaatregelen is dat de staalvariant
volkomen onterecht ter zijde wordt gelegd.
Ais bijlage zijn aan dit rapport toegevoegd 6 corrosie-risicokaarten met verklarende
toelichting.
10

1. INLEIDING
A1s onderdee1 van het a10mvattende project M-610 "Sta1en en composiet staa1beton tunnelconstructies"
heeft de dee1groep M-612 zich beziggehouden met het verzame1en van alle re1evante
literatuurgegevens met betrekking tot de "Materiaaltechno10gische aspecten".
Deze gegevens, verzame1d en gerangschikt in de vorm van een "techno10gische gereedschapskist",
dekken de meeste aspecten die betrekking hebben op een "integraa1
corrosiebeheersingssysteem" (materiaa1keuze, beschermings- en monitoringstechnieken,
1evensduurvoorspelling, onderhoud en beheer) en moet een waardevolle hu1p kunnen bieden
aan:
- de ontwerpers van ondergrondse bouwwerken;
- de constructeurs van ondergrondse staalconstructies en
- de eigenaars of beheerders van ondergrondse staalconstructies.
Voor het samenstellen van dit basisdocument zijn de gegevens gebruikt die zijn verzame1d tijdens
een uitgebreide literatuurstudie a1smede de gegevens die, speciaa1 voor dit
projectonderdee1, door diverse onderzoeksinstituten (i.h.b. het NITG) zijn ge1everd. Terwille
van de 1eesbaarheid wordt in dit rapport slechts melding gemaakt van de, zeer zorgvu1dig
gese1ecteerde, 1iteratuur. De literatuur is per thema gese1ecteerd en worden in het desbetreffende
hoofdstuk verme1d.
De voomaamste aspecten die hierin zijn opgenomen zijn:
De 1ange termijn corrosieve effecten van een grondsoort, uitgaande van zijn structuur, de
chemische samenstelling (en die van het grondwater) en de (wisse1ende) condities ter
p1aatse (temperatuur, beweging van het water, be1uchtinggraad, enz.), op de 1evensduur van
de sta1entunne1wand of lining.
De moge1ijke voorspe1baarheid van de te verwachten vorm van corrosie (ega1e of zeer 10kale
aantasting) bij een bepaa1de combinatie van bodemsamenstelling en constructieonderdee1
(lasverbinding, bouten en moeren, kleinscha1ige staa1profie1en, enz.).
De be1angrijkste factoren die, in een zekere situatie, de agressiviteit van de ondergrond bepalen
(pH, grondweerstand, enz.) en de juiste materiaa1keuze in deze situatie.
De maatrege1en (KB, coatings, corrosietoes1ag, enz.) om de aantasting van de sta1en wand,
in een bepaa1de grondsituatie (b.v. in aanwezigheid van zwerfstromen), te voorkomen.
De monitoringstechnieken (corrosiesensoren, potentiaa1metingen, enz.) om de voortgang
van de corrosie en de werking van de meetinstrumenten te registreren.
De toe te passen onderhoudsstrategie en het beheersysteem bij een bepaa1de situatie en tunne1soort.
In deze notitie zijn de a1gemene chemische en e1ektrochemische basisprincipes van de theorie
van corrosie buiten beschouwing ge1aten.
Daar waar theoretische principes worden aangehaa1d (b.v. in geva1 van KB, in hoofdstuk 7 en de
statistische eva1uatiemethoden voor de bodem agressiviteit in hoofdstuk 4) gebeurt dit zonder a1
te grote diepgang. Ge'interesseerden in "de theorie" worden verwezen naar bunde1s van "work
11

papers" verzame1d naar aan1eiding van vaksymposia [1, 2] en naar standaardboekwerken zoa1s
[3,4, 5].
1.1 Indeling van het rapport
De in de in1eiding genoemde aspecten worden in dit rapport in een tienta1 hoofdstukken behandeld.
In het tweede hoofdstuk worden de voomaamste factoren besproken die de agressiviteit van de
grond t.O.V.staal bepa1en. In dit hoofdstuk worden tevens de verschijnse1en "zwerfstromen" en
"interferentie" behande1d.
In het derde hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de in de praktijk gemeten
corrosiesne1heden van het onbeschermde staal onder de grond.
In het vierde hoofdstuk worden enke1e gangbare methoden behande1d om de agressiviteit van
een grondsoort vast te kunnen stellen en tevens wordt de moge1ijkheid om de corrosiesne1heid
van staal in een bepaa1de bodemsituatie vrij nauwkeurig, met behu1p van rekenmodellen, te
kunnen voorspellen uitvoerig besproken.
In het vijfde hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de moge1ijke materiaaltoepassingen in
de ondergrondse tunne1bouw (het begrip "repareerbaarheid" speelt hier een be1angrijke ro1).
In het zesde en zevende hoofdstuk worden de meest gangbare beschermingstechnieken (coatings
respectievelijk KB) voor het staal behande1d.
Speciale aandacht wordt in het achtste hoofdstuk besteed aan de diverse meet- en monitoringstechnieken.
Ook de onderhouds- en beheersystemen krijgen de nodige aandacht in het negende hoofdstuk.
A1s een voorbee1d van hoe men de gegevens van deze studie in de praktijk zou kunnen hanteren
is tens10tte, in het negende hoofdstuk, een denkbee1dige sta1en tunnel tussen A1mere en
Schipho1 uitgewerkt.
A1s aanvulling zijn in dit rapport de zes geo10gische kaarten van de Nederlandse bodem die
door het NITG, in het kader van dit projectdee1, zijn samengeste1d a1sbij1age opgenomen.
1.2 Literatuur
1. "Symposium on underground corrosion", Williamsburg 26-27 Nov. 1979. ASTM-publicatie.
2. Bundel van "papers" gepresenteerd tijdens het ASTM-symposium "Effects of Soil Characteristics
on Corrosion", gehouden in Cincinnati op 12 mei 1987.
3. T. Markovic: "Bodenkorrosion und ihre Verhiitung"
4. A.W. Peabody: "Control of pipeline Corrosion", NACE boek uitgegeven in 1969.
5. "Corrosion and Corrosion Protection Handbook. Second Edition, 1989, Marcel Dekker,
Inc., ISSN: 0-8247-7998-3
12

2. CORROSIVITEIT VAN DE BODEM
De levensduur en het gedrag van een ondergrondse staalconstructie worden in eerste instantie
bepaald door het mechanische ontwerp van de constructie zelf. Constructieve factoren die de
corrosiesne1heid van het staal sterk kunnen beYnvloeden zijn onder andere: de metallurgie van
het staal, het type en de conditie van de coating, de diameter en lengte van de buis, de
temperatuur van de tunnelwand, beweging of vibraties, spanningsniveau en verde1ing hiervan in
de constructie en de aanwezigheid van (galvanisch gekoppeld) diverse metalen in de
constructie.
Daamaast wordt de levensduur mede bepaald door een uitgebreid gamma van fysische en
chemische factoren [3,4, 30] zoals de geo-mechanische en -chemische eigenschappen van het
materiaal waarmee de staalconstructie is omgeven (oorspronke1ijke grond en/of vulmateriaal
van andere herkomst), de topografie van de omgeving en de heersende condities (micro-klimaat)
in het contactvlak tussen de grond en het staaloppervlak.
De grondparameters die het corrosieproces van staal in de grond sterk kunnen beYnvloeden zijn:
Chemische en mineralogische samenstelling
Opbouw en structuur
Be1uchting en zuurstofdiffusie (redoxpotentiaal)
Grondwaterbelasting (in al zijn vormen)
pH en buffercapaciteit
Gehalte aan oplosbare zouten
Gehalte aan microbiologisch en organisch materiaal
Verschillen in elektrodepotentiaal op diverse locaties (b.v. als gevolg van interferentiestromen)
Specifieke elektrische bodemweerstand
Pick-up van zwerfstromen (elektrolytisch effect op de metal en delen)
Inductiestromen
Atmosferische ontladingen (bliksems kunnen zwerfstromen veroorzaken)
Het effect van de diverse grondparameters op de agressiviteit (corrosiviteit) van de grond is uitvoerig
ter plaatse onder de grond en in het laboratorium onderzocht, zoals blijkt uit de talrijke
vermeldingen in de literatuur.
Zo werd, tijdens een onderzoek uitgevoerd met behulp van elektrochemische impedantietechnieken
in Australie (langs de route van een aan te leggen waterleiding), aangetoond dat de belangrijkste
factoren die de agressiviteit van klei2fond ten opzichte van staal bepaalden het
vochtgehalte, de beluchtinggraad en de microbiologische activiteit [5] waren.
In [33] wordt een overzicht gegeven van de resultaten van een 6 jaar durend laboratoriumonderzoek
naar de agressiviteit van diverse grondsoorten voor staal en thermisch verzinkt staal. Vermeldingswaard
zijn ook de resultaten vermeld in [34-36].
In dit hoofdstuk zullen de diverse factoren die de agressiviteit van de grond in een bepaalde situatie
bepalen in afzonderlijke paragrafen, zeer in het kort, worden behandeld.
13

2.1 Defmitie en karakteristieken
In het a1gemeen wordt de term "grond" toegepast voor de eerste meters van fijn verdee1d rotsmateriaa1
die het opperv1ak en de lichte aflopende de1en van de aarde bedekken.
Verp1etterde en/of onveranderde rotsen op de bergtoppen worden niet a1s grond beschouwd en,
strikt genomen, zou aarde die uit zijn oorspronkelijke p1aats is verzet en zijn origine1e structuur
heeft verloren ook niet tot "grond" gerekend moeten worden.
Grond be staat uit 3 componenten:
1. Vaste delen, van anorganische aard (zoa1s klei, zand en kiezel) of met een organisch karakter
(zoa1s 1eem, turf en veen). De anorganische grondtypen worden verder onderverdee1d naar
dee1tjesgrootte (in klei zijn de dee1tjes kleiner clan 0,002 mm, in sedimenten tussen 0,002 en
0,06 mm en in zand tussen 0,06 en 2,0 mm).
2. Grondwater, waarin diverse stoffen zijn opge10st (zoa1s zuurstof, H+ , cr , SO/- en HC03")
of andere ionen en zuren (zoa1s humuszuur).
3. Gasfase, voomame1ijk bestaande uit zuurstof en stikstof (die in de grond doordringen via
scheuren en porien die niet met water zijn gevu1d) en koo1dioxide (gevormd tijdens de afbraak
van organische materie in de grond). Het koo1dioxidegeha1te kan soms re1atief hoog
zijn (gemeten is, bijvoorbee1d, bij een diepte van 0,3 m 1,2 tot 3,7% en op een diepte van
1,8 m tussen 10,6 en 15,5%).
Typische grondkarakteristieken (minima en maxima waarden) zijn:
Schijnbare soortelijke massa: 1,4 tot 2,1 g/cm3
Luchttussenruimte in de grond ("porievulling"): 1 tot 40%
Vochtgehalte: 2,5 tot 75%
Krimp: 0 tot 43%
Totaa1 zuurgehalte: 0 tot 300 mg equiva1ent/lOO g grond
pH: 2,6 tot 10,2
Specifieke e1ektrische weerstand: 30 tot 55.000 a.cm
De samenstelling en structuur van de grond zijn ze1den homogeen maar varieren in zowe1 horizonta1e
a1s vertic ale richting. De heterogeniteit neemt toe wanneer de grond wordt afgegraven
en daama opnieuw gestort. Daamaast kan het effect van de grondkarakteristieken op de corrosie
van een ondergrondse staalconstructie met de seizoenen, a1s resultaat van regen, sneeuw, dooi,
droogte, etc., sterk veranderen. Gedetailleerde informatie over de c1assificatie en de chemische
en fysische eigenschappen van grondsoorten, gere1ateerd aan de corrosie, is onder andere te vinden
in [17, 20 en 43-44].
De karakteristieken die de agressiviteit van de grond bepa1en zijn afhankelijk van:
De fysische en minera10gische samenstelling van het moedermateriaa1 (voora1 de re1atieve
concentratie aan zand, klei en sediment is be1angrijk, zie figuren 9A en 9B).
De klimato10gische omstandigheden waaronder dat materiaa1 oorspronkelijk accumu1eerde
en sindsdien heeft bestaan.
De boven en onder de grond aanwezige flora en fauna (inc1usiefbacterien).
Het aanta1jaren dat de natuurkrachten tijdens de ontwikkeling van de bodem op het grondmateriaa1
hebben ingewerkt.
14

Tabel1 geeft a1svoorbeeld een overzicht van diverse grondsoorten, met vermelding van de bijbehorende
hoofdbestanddelen en een algemene uitspraak over de corrosiviteit.
2.2 Vochtgehalte
Het vochtgehalte van de bodem is afhankelijk van onder andere de hoogte van de
grondwaterstand.
In het bijzonder de vochtigheid van zandbodems varieert sterk bij een grondwaterverlaging van
slechts enkele meters. In figuur 1 wordt, als voorbeeld, de relatie weergegeven tussen de grondwaterstand
(in meters onder het maaiveld) en de vochtigheidsgraad (in %) van hoogohmige
grond [11]. Afhankelijk van de grootte van de porien en spleten, a1smede van de grondstructuur,
kan het vocht door de zwaartekracht in de grond zakken (bij porien met een diameter groter dan
50 ~m) of kan het door capillaire werking in de kleinere porien worden vastgehouden. Dit
vocht werkt corrosiebevorderend, vooral indien zouten hierin zijn opgelost. Zo is droge
zandgrond in de regel minder corrosief dan vochtige kleigrond [3, 6].
Uit een onderzoek in China [32] bleek dat de maximale corrosie altijd optreedt bij een vochtgehalte
in de grond tussen 30 en 60%.
m
~~Figuur 1.
a 10 20
Z
3
c.
:
2.3 Beluchtingsgraad
r
% WATER
30 40 SO MAA IVELD
Relatie tussen de grondwaterstand (in m onder het maaiveld) en de vochtigheidsgraad
van de bodem.
De beluchtinggraad bei'nv10edt in belangrijke mate de agressiviteit van de grond (hoe meer de
grond is be1ucht des te emstiger de corrosie). De kleur van de grond geeft vaak al een idee over
de beluchtinggraad ter plaatse. Zo is een rode, gele of bruine kleur een indicatie van de
aanwezigheid van geoxydeerd ijzer, terwijl een grijze kleur de aanwezigheid van gereduceerd
ijzer (weinig be1uchting) aangeeft.
15

Het zuurstofniveau in de grond wordt bepaald door de klimatologische fluctuaties in
temperatuur en barometrische druk [3], de diepte waarop de staalstructuur is ingegraven, door
het wel of niet aanwezig zijn van ondergronds water en door de dichtheid van de grond.
Het zuurstofgehalte in het grondwater bepaalt in het algemeen de redox-potentiaal van de grond.
Hoe hoger het zuurstofgehalte des te hoger de redox-potentiaal.
De temperatuur veroorzaakt de expansie en krimp (en dus de verversing) van de gassen opgenomen
in het grondmateriaal.
Grond van fijne samenstelling (meestal met een hoog kleigehalte) heeft een dichte structuur en
heeft daardoor een kleinere poriecapaciteit voor de gasdiffusie dan grond met een open structuur
zoals zand. In dit kader moet worden vermeld dat in de ASTM-norm D 2487: "Classification of
Soils for Engineering Purposes" een classificatiesysteem voor de diverse grondsoorten,
gebaseerd op de partikelgrootte, wordt omschreven.
Aangetoond is dat de sterkste aantasting van het staal optreedt wanneer een relatieve porievulling
van 30 tot 50% aanwezig is, omdat daar dan ook de voor de corrosie noodzakelijke zuurstof
in voldoende mate voorhanden is.
Uit een onderzoek bleek dat damwanden die omgeven waren met steenslag veel sterker waren
gecorrodeerd dan damwanden die omgeven waren door dichte lagen van zand, 1eem, aarde of
modder [16].
Ook bleek uit diverse onderzoeken dat de ergste aantasting van het staal in die situaties plaatsvindt
waar de grond "los" is zoals in zandbedden en losgewoelde grond, vanwege het hoge
zuurstofgehalte ter plaatse. Zo werd door Romanoffvastgesteld [28] dat de aantasting van stalen
damwanden in niet omgewoelde grond veel kleiner was dan die in losgewoelde grond. Waamemingen
vermeld in [29] bevestigen deze constatering.
De aanwezigheid van beluchtingverschillen (dus redox-potentiaalverschillen) in de grond langs
een tunneltraject (bijvoorbeeld als gevolg van verschillen in de ondergrondse waterstanden of in
de grondsamenstelling) kan aanleiding geven tot emstige corrosie van de tunnelwand. Dit aspect
wordt in paragraaf 2.9 verder besproken.
2.4 Biologische activiteit
De aantasting van staal in de grond door de hierin aanwezige bacterien, onder zowel aerobische
als anaerobische condities, is in het verleden uitvoerig onderzocht [7, 26].
De biologische activiteit in de grond zorgt voor een vermindering van het zuurstofgehalte, onder
andere doordat de aanwezige zuurstof door andere gassen uit de metabolische processen, zoals
kooldioxide en waterstofsulfide wordt vervangen.
De biologische activiteit is vaak het ergst bij de bovenste 20 cm van de grond [45], wordt bevorderd
door de aanwezigheid van kleidelen en is in zekere zin weer afhankelijk (zoals trouwens
ook de zuurgraad van de bodem) van de grondwaterstand.
De corrosie van het staal vindt hier voomamelijk plaats door de werking van de aanwezige sulfaatreducerende
bacterien, waarvan het type "Desulphovibrio" het meeste voorkomt [3, 6]. Deze
bacterien veroorzaken corrosie onder zuurstofarme omstandigheden door de vorming van, voor
het staal, zeer agressieve verbindingen zoals FeS.
De primair optredende reactie is: 8 e- + 4 H2O + sot -7 8 OR" + S2-
Het hierbij vrijkomende S2--ion kan verbindingen vormen met ijzer of met waterstof.
16

Het gevormde waterstofsulfide kan echter de corrosie van het staal afremmen door het ontstaan
van een beschermende sulfidenfilm op het staaloppervlak. De beschermende eigenschappen van
de ferrosulfiden-films veranderen echter met de tijd [21].
Of er emstige aantasting optreedt is dus afhankelijk van de volgorde van optreden van de twee
omschreven verschijnselen namelijk:
Als de agressieve verbindingen in contact komen met het staal voordat er een sulfidenfilm is
gevormd treedt versnelde corrosie op. Als er eerst filmvorming heeft plaatsgevonden, zal
corrosie daarentegen juist vertraagd worden [7].
Bacteriologische corrosie treedt vooral op in onvoldoende gedraineerde kleigronden, met een
laag zuurstofgehalte, en een zeer negatieve redox-potentiaal, een hoog gehalte aan sulfaten en
organisch materiaal en bij neutrale pH-waarden [22, 23].
Grondsoorten met sulfaatreducerende bacterien komen voor in polders en oude dichtgeslibde
zeearmen, maar ook in Twente en langs de grote rivieren [8].
In figuur 2 is een kaartje van Nederland opgenomen waarop de gebieden staan aangegeven
waarin vermoedelijk sulfaatreducerende bacterien aanwezig zijn.
In de, in deze figuur, gestippelde gebieden moet rekening worden gehouden met:
reeds verzuurde "kattegronden" of na beluchting sterk verzuurde potentiele "katteklei"-,
veen- of zand-gronden ("katteklei"= oude blauwe haf klei, dichte soort extreem zure klei,
doorschoten met lichter gekleurde aardlagen die vooral ijzersulfaat bevatten);
zure ongerepte veengronden, al of niet met ingesloten kalkloze oude of jonge zeekleien en
oude of j onge kalkloze of zeer arme zeeklei met ingesloten zure of ongerepte venen.
De aanwezigheid van sulfaatreducerende bacterien kan worden aangetoond aan de hand van de
zogenaamde "Poelman-test". Hierbij wordt een grondmonster van 1 cc behandeld met een 30%ige
oplossing van H202. Vervolgens meet men de pH van deze waterstofperoxide-oplossing met
behulp van een pH-meter oflakmoes-papier.
Ook de aanwezigheid van sulfide is vaak een indicatie voor bacteriele activiteit in de grond.
Het gehalte aan zwavel (sulfaat en sulfide) in de grond wordt vaak turbidimetrisch vastgesteld
[24].
Ook wordt vaak in situ de aanwezigheid van sulfide kwalitatief aangetoond aan de hand van de
reactie van natriumazide met jodium. Bij deze bepaling wordt een oplossing van 3%
natriumazide en een O,IN jodiumoplossing in een reageerbuis, waarin zich enig grondmateriaal
bevindt, ingebracht. Sulfiden katalyseren de reactie tussen natriumazide en jodium, met de productie
van stikstofgas. Indien sterke gasopbruising of schuim wordt waargenomen dan zijn sulfiden
(en zeer waarschijnlijk ook sulfaatreducerende bacterien) aanwezig in de grond. Indien de
belvorming zeer traag verloopt dan zijn slechts "sporen" van sulfiden aanwezig.
In [31] wordt de mogelijke toepassing van diverse microbiologische, chemische en metallurgische
methoden voor het onderzoek naar de microbiele ge'induceerde corrosie van staal onder de
grond geevalueerd.
17

~
0
~c::::=-c;:::;'
Figuur 2. Schets van de gebieden in Nederland waar vermoedelijk ondergrondse bacteriele
activiteit heerst.
2.5 Cbemiscbe samenstelling
De oplosbare basische elementen in de grond zijn natrium, kalium, calcium en magnesium.
De zuurreagerende componenten zijn carbonaat, bicarbonaat, chloride, nitraat en sulfaat.
De aard en hoeveelheid van de oplosbare zouten, in combinatie met het vocht in de grond, bepalen
in het algemeen zijn agressiviteit. De aanwezigheid in de grond of in het grondwater van
een zekere concentratie aan chloride- en sulfaationen veroorzaakt een verlaging van de elektrische
bodemweerstand en werkt als een kathodische depolarisator. Dus, hoe hoger de chlorideen
sulfaatconcentratie, hoe hoger de corrosiesnelheid. Zoutgrenzen voor een agressieve bodem
zijn ca. 100 mg chloride en 500 mg sulfaat.
Bekend is dat de samenstelling van en de concentratie aan "Total Dissolved Solids" (TDS) een
grote invloed heeft op de corrosiviteit van de grond. Basische gronden (pH >8.0) hebben bijvoorbeeld
een hoog gehalte aan natrium en kalium, die sterk corrosiebevorderend zijn. Calcium
en magnesium, geassocieerd met kalkachtige gronden, bevorderen daarentegen het ontstaan van
onoplosbare neerslagen op het metaaloppervlak waardoor het corrosieproces wordt afgeremd.
In het algemeen geldt dat hoe hoger de hardheid van het ondergrondse water (uitgedrukt in de
concentratie aan calciumcarbonaat) des te lager de corrosiesnelheid van staal is.
De chemische samenstelling van de grond, in relatie tot zijn agressiviteit ten opzichte van
metalen, is in het verleden uitvoerig onderzocht [17, 19, 20, 43]. Zo blijkt uit [17] dat de
18
._r

hoogste corrosiviteit is waargenomen bij die grondsoorten die rijk aan opgeloste zouten zijn
en/of met een hoge zuurgraad welke periodiek aan een droog-nat-cyclus onderhevig zijn.
Als gevolg van de natuurlijke verouderingsprocessen onder vochtige omstandigheden neemt de
aciditeit van de grond toe. In regio's met veel regenval worden niet alleen de wateroplosbare
zouten maar ook de basische componenten, meestal aanwezig in de colloi'dale deeltjes, weggenomen.
Dit resulteert weer in een toename van de zuurgraad van de grond.
De zuurgraad van de meeste grondsoorten varieert tussen pH 5.0 tot pH 8.0 dit geldt ook voor
het grootste deel van Nederland. Binnen deze pH-range wordt de corrosiviteit van de grond in
het algemeen bei'nvloed door andere parameters, zoals de concentratie aan oplosbare zouten, in
het bijzonder chloriden.
Extreem zure gronden (pH

2.7 Specifieke bodemweerstand
De geleidbaarheid van een grondsoort is sterk afhankelijk van de ehemisehe samenstelling ervan
en door die van het grondwater alsmede van de grondwaterstand en het voehtgehalte.
Zo zal een bodemsoort met veel zouten een betere geleiding, oftewel een lagere speeifieke
elektrisehe bodemweerstand, hebben dan een bodemsoort die vrijwel geen zouten bevat.
Een verhoging van de grondwaterstand bewerkstelligt een grotere voehtigheid van de bodem, en
daardoor een lagere speeifieke elektrisehe bodemweerstand. De variaties van de elektrisehe bodemweerstand
staan in een logaritmiseh verband met de voehtigheid in de bodem oftewel met
de grondwaterstand.
Ter illustratie wordt in figuur 3 het verb and tussen de bodemvoehtigheid en de speeifieke
elektrisehe bodemweerstand voor een bepaalde zandgrond weergegeven.
~f
c::
0 ::;:
tii 105
ex:
~w
x:
u.J
.
U:'
D
UJ
0..
V1
106
104
103
Figuur 3.
0
I:>
i5
...:
N
a:
LU
f5
z
...:
N
5 10 15 20 25 30 35
I I
I
i;O""45
GEWICHT% WATm-
Relatie tussen bodemvoehtigheid en specifieke elektrisehe weerstand bij een
bepaalde zandgrond.
In de praktijk blijkt dat er een zekere relatie bestaat tussen de speeifieke bodemweerstand en de
mate van de aantasting van staal. De praktijkervaring leert eehter dat het enkel en alleen gebruiken
van de weerstandswaarden om de eorrosiviteit van de grond in een bepaalde situatie te
voorspellen af te raden is. De weerstandswaarden moeten altiid in eombinatie met andere
grondparameters worden gebruikt.
In het algemeen geldt dat hoe lager de speeifieke bodemweerstand van de grond, hoe beter deze
als een elektrolyt zal fungeren en het optreden van eorrosie zal bevorderen.
In de praktijk worden vaak de volgende (zeer algemene) definities gebruikt:
Bij een bodemweerstand kleiner dan 1.500 a.em is de grond zeer eorrosief.
Bij een weerstand van 1.500 tot 3.500 a.em is de grond matig eorrosief.
Bij een weerstand groter dan 3.500 a.em is de grond weinig eorrosief.
In de literatuur worden eehter gevallen vermeld van het optreden van emstige eorrosie in gronden
met een hoge weerstand door de aanwezigheid hierin van sulfaatredueerende baeterien in
anaerobisehe eondities.
20

Corrosie kan ook in gronden met een hoge weerstand optreden indien significante verschillen in
de weerstand op diverse punten langs een tunneltraject aanwezig zijn.
Om uitspraken omtrent de levensduur van een stalen tunnel te kunnen doen is derhalve de kennis
over de specifieke grondweerstand, over de hele lengte van het tunneltraject, onontbeerlijk.
Bij een lage specifieke elektrische bodemweerstand is ook de kans op het optreden van corrosie
groter en de corrosiesnelheid van het staal hoger. Uit diverse onderzoeken is gebleken dat er een
goede correlatie bestaat tussen de specifieke elektrische bodemweerstand en het aantal emstig
gecorrodeerde plekken. Bij een lage specifieke elektrische bodemweerstand neemt het aantal
emstig gecorrodeerde plekken op het staaloppervlak toe [9].
Tabel 1 geeft een overzicht van diverse grondsoorten, met vermelding van de bijbehorende
specifieke elektrische bodemweerstand, de hoofdbestanddelen en een algemene uitspraak over
de corrosiviteit (zie ook [18]).
Het meten van de bodemweerstand is vrij eenvoudig en wordt vaak uitgevoerd volgens de
"Wenner two or four pin method" [1] of de "Shepard Cane Soil-resistivity method" (zie hoofdstuk
8 voor de omschrijving van deze meettechnieken).
Tabel 1. Eigenschappen van diverse grondsoorten.
Grondsoort en bestanddelen Specifieke weerstand Corrosiviteit ten opzichte van staal
(in a.cm)
Zand (hoofdzakelijk Si02.. Kor-
relgrootte 0,02-0,6 mm).
Zand (hoofdzakelijk Si02.. Kor-
relgrootte 0,02-0,6 mm).
20.000-500.000 In zeer vochtige toestand en anaeroob meestal
niet agressief.
10.000-20.000 In zeer vochtige toestand en anaeroob meestal
zwak agressief.
Kalksteen 20.000-300.000 Meestal niet agressief (aerobisch) echter in
Moei1ijk oplosbaar CaC03, pH ca. 9 combinatie met sulfide zeer agressief.
Steenslag (korrels 2 tot 60 mm) 40.000 - 200.000 Beschadigingen aan de coating mogelijk. Meer
Meestal Si-verbindingen corrosie dan bij dichte grond1agen.
Leisteen
Leem (klei, zand en ijzerverbin-
dingen, minder plastisch dan klei)
Mergel (mengse1 van 30-60% klei,
CaS04 en CaS03'
Veen (p1antenresten, humuszuur,
pH ca. 5. Hoog vochtgehalte).
Plastische Klei (zware, niet ge- 5.000 - 20.000
consolideerde 1ei-1eisteen)
30.000-70.000 In het a1gemeen niet agressief
3.000 -10.000 In homogene sulfidenvrije vorm (anaeroob)
zwak agressief
1.000 - 10.000 De agressiviteit neemt met het k1eigehalte toe.
8.000 - 12.000 Agressief
Meesta1 zwak agressief
Komt in de natuur weinig voor in ongemengde
toestand
Klei (plantenresten en half ver-
3.000-5.000
Agressiviteit neemt toe bij toename van het FeS
teerde organische bestanddelen, aandeel (FeS is een goede elektrische geleider).
FeS) Zeer agressief.
21

Grondsoort en bestanddelen Speeifieke weerstand Corrosiviteit ten opziehte van staal
(in a.em)
Klei (zeer plastiseh mengsel met
500-2.000 In aanwezigheid van sulfaatredueerende
Si02 en Mg-Fe-hydrosilieaten
hoge waterabsorbsie)
en baeterien agressief tot zeer agressief.
Humus (dood plantaardig en
dierlijk materiaal, bevat humuszuur)
Broekland (vlakten langs rivieren
en meren. Bestaat uit mengsel van
leem, klei, veen en fijn zand).
2.8 Afwisselende condities
1.000-4.000 Hoge buffereapaeiteit, kans op sulfide-vorrning
door degradatie organiseh materiaal indien niet
belueht. Agressief
1.000-3.000 Zeer corrosief, vooral in aanwezigheid van
zeezout en hoog voehtgehalte.
De fluctuaties in de condities ter plaatse van het aanrakingsvlak tussen de grond en het onbeschermde
staaloppervlak kunnen het verloop van de corrosie alsmede de beschermende maatregelen
tegen de corrosie (KB) sterk bei'nvioeden.
Deze condities kunnen varieren van "atmosferische" tot "continue onderdompeling" afhankeIijk
van de homogeniteit en dichtheid van de grond en het watergehalte [11].
De condities kunnen soms langzaam, in perioden van weken tot maanden, veranderen. In andere
gevallen echter kunnen de omstandigheden zeer snel, soms in enkele uren of dagen, regelmatig
of periodiek veranderen.
Voorbeelden zijn die situaties waarin de periodieke veranderingen een gevolg zijn van het niveauverschil
van het water van een, dichtbij gelegen, rivier ofkanaal (eb- en vloedeffect) of van
de klimatologische (atmosferische) omstandigheden (regen). Een ander voorbeeld zijn de snelle
veranderingen in de beschermingsgraad van de kathodische beschermingsinstallatie als gevolg
van het optreden van zwerfstromen die snel met de tijd kunnen veranderen.
Diverse praktijkvoorbeelden, waarbij de afwisseling van de condities een rol van betekenis
spelen, worden besproken in literatuur [12].
Bekend is dat, in alle delen van Nederland, de hoogte van de grondwaterstand met de seizoenen
wisselt. Zelfs in polders kan de hoogte in de loop van hetjaar meer dan een meter varieren [13].
Dit wordt gei'llustreerd met figuur 4.
In de regel vindt de sterkste aantasting van het staal plaats, bij een wisselend grondwatemiveau,
op die locaties die afwisselend bevochtigd en weer droog worden (eb en vloedeffect).
22

m
O.40rgemiddel~hoge waterst~-
m
-
I
""', I
c:J " ::! I
" § I " c:J " /
" :J:
- -- --,.....
./
".---
/
/
I
I
"'---- ......
.......
"- , ", \
1,601-- - - - - - J-~ - - - - - gemiddelde~!J!... watersta~
1952 -'62
APRIL MEI .AJNE .AJLI AUG SEPT. OCT. NOV. DEC. JAN. FEB. MRT.
Figuur 4. Grondwaterpeil tijdens de seizoenen in Nederland.
De veranderingen in de grondwaterstand brengen een verandering van de elektrisehe weerstand
van de bodem met zieh mee. Als voorbeeld worden in figuur 5 de jaarvariaties van de speeifieke
elektrisehe bodemweerstand weergegeven voor een bepaalde zand- en kleigrond gedurende het
jaar 1983. Hieruit blijkt dat kleigrond (onderste grafiek) een veel gelijkmatiger verloop kent dan
zandgrond Het meettijdstip is dus, vooral voor zandgrond, van groot belang.
0 :z
t-
«
VI
a:
~
w
~
L
w
0
a
en
UJ
0
kn.cn
t 40
30
20
10
:z
- kS1.cm
~ t 30
cr
:;
a:
«
«-,
20
10
ZANDGROND
JAN FEB HRT AFR HEI JUN JUL AUG SEP OKT NOV DEC
KLEIGROND
JAH FE!! MRT APR HEI JUt-! JUL AUG SEP OKT NOV DEC
Figuur 5. Jaarvariaties in de speeifieke elektrisehe bodemweerstand van een bepaalde
zand- en kleigrond in 1983.
2.9 Inhomogene structuur van de grond.
In geval van lange tunnels of tunneltrajeeten die door versehillende grondniveaus (dieptes) 10pen
kunnen op het onbesehermde staaloppervlak anodisehe en kathodisehe gebieden ontstaan.
Bijvoorbeeld als gevolg van de plaatselijke versehill en in grondsoort, bodemstruetuur of ehemisehe
samenstelling [27] (zie fig. 6), versehil in beluehting als gevolg van porositeitsversehillen
tussen de grondsoorten (zie fig. 7) of de aanwezigheid van geasfalteerde wegen (zie fig.
23

8), verschil in watergehalte en -kwaliteit (verschil in zoutgehalte) en het optreden van bacteriele
activiteit.
Als gevolg van het ontstane elektrische potentiaalverschil tussen deze gebieden zal het staal ter
plaatse van de anodische locaties (micro-elementen) corroderen.
Als illustratie wordt in figuur 9A een classificatie van de diverse grondsoorten weergegeven,
uitgaande van de verhouding tussen de drie hoofdgrondcomponenten: Zand, klei en slib.
Het diagram van figuur 9B [10], geeft een overzicht van de agressiviteit van de bodem in geval
van een plaatselijke combinatie van diverse grondsoorten.
Vooral de aanwezigheid van beluchtingverschillen (zuurstofconcentratiecellen) in de grond
langs het tunneltraject kan aanleiding geven tot een emstige aantasting van de sta1en tunnelwand.
Concentratiecellen kunnen ontstaan wanneer een deel van het tunneltraject langs grond met een
hoge permeabiliteit voor zuurstof loopt zoals een zandbed, en vervolgens langs grond met een
lage permeabiliteit bijvoorbeeld klei verzadigd met water.
Zuurstofconcentratieverschillen kunnen ook ontstaan als gevolg van vertic ale inhomogeniteit
van de grond. Zo kan de grond in aanraking met de bovenkant van een stalen tunnelbuis met een
grote diameter relatief droog en goed belucht zijn terwijl die in aanraking met de bodem van de
buis nat en zuurstofarm is.
veen zand
Figuur 6. Ontstaan van kathodische en anodische gebieden als gevolg van plaatselijke
verschillen in grondsoort.
24

:::~
))\?
z
kathade
:::':
a / n
:\}\\?);~?
d
~:en ki~:~'~l\:

Als gevolg van het ontstane potentiaalverschil kan de corrosiesnelheid van de onbescherrnde
tunnelwand, bij de aanrakingspunten, soms 1 rom per jaar bedragen (galvanische corrosie).
.~
zuurstofarm
zuurstofrijk n~ L / L./ n /~
zuu'rstofrijk
~
zuu rstofarm
zuurstofarm
Figuur 8. Kathodische en anodische gebieden ontstaan door verschillen in beluchtinggraad
als gevolg van geasfalteerde wegen.
~
If
tf
q
40
..1..
'<
cy 60
60 40
PERCENT SAND
'%
40 Pc;
~ :A
Figuur 9A. Classificatie van de grondsoorten op basis van het gehalte aan zand, sediment en
klei.
26
20
~~

Humus
!OO'k
o~w~~~~~~oom
": I I I j I I I I J II
OOHM~~~~~~~O
" I. "I
HUrnJ 5
100 ',.
Humus
100'/.
0 rich! 'oggressiv
~ bedingt O9gressiv
~ oggrusiv
-slorie oggnssiv
Figuur 9B. Agressiviteit van (gecombineerde) grondsoorten.
2,10 Zwerfstromen
Een aspect dat de "agressiviteit" van de grond to.V. staal in belangrijke mate kan be'invloeden is
de aanwezigheid hierin van zwerfstromen. Deze zwerfstromen zijn een gevolg van lekkage van
gelijkstroom van een elektrisch systeem, waarbij stroom geheel of gedeeltelijk door de
aardbodem terugvloeit Wanneer een metalen geleider (b.v. de tunnelwand), die in de grond is
ingegraven, in de buurt van een lekstroom komt te staan, zal deze de "voorkeur" hebben om via
de goed geleidende tunnel wand te stromen. Op de ene plaats zal de stroom binnentreden
(kahodische plaats) en op een ander punt uittreden (anodische plaats).
Op de plek waar de zwerfstroom uittreedt kan emstige corrosie in de stalen tunnel wand optreden
(de Z.g. "zwerfstroomcorrosie") door de plaatselijke anodische reactie. De corrosieconstante
van staal op die plek bedraagt 9,13 kgf/Ala; dat wil zeggen dat per jaar (en bij 1 A
stroomsterkte) een materiaalverlies van 9,13 kg kan optreden.
Zwerfstromen kunnen vooral op plaatsen worden aangetroffen waar de tunnelwand een bovengrondse
spoor-, metro- of tramlijn (met gelijkstroomtractie) passeert (zie fig. 10) maar ook aan
de binnenzijde van tunnels voor railverkeer met gelijkstroomtractie.
Zwerfstroomcorrosie als gevolg van elektrische tractie met wisselstroom is daarentegen, in de
meeste gevallen, verwaarloosbaar. In de praktijk blijkt de mate van aantasting door wisselstroom
slechts 1% van die door gelijkstroom te zijn.
Gelet op het relatief hoge vochtgehalte van de bodem en de hoge concentratie aan geelektrificeerde
spoorwegen moet de kans dat zwerfstroomcorrosie in Nederland in tunnels optreedt hoog
worden ingeschat Het verschijnsel "zwerfstroomcorrosie" bij ondergrondse staalconstructies in
de omgeving van geelektrificeerde spoorbanen wordt onder andere in [42] uitvoerig behandeld.
Daamaast vormt iedere gelijkspanningsbron (b.v. een KB-installatie) in principe een gevaar.
Indien de tunnelwand van een coating is voorzien kan de beschermende laag, bij het intreden
van de stroom beschadigd worden door alkalisering aan het oppervlak en ontwikkeling van gassen
(vooral waterstof) ten gevolge van de kathodische reactie.
27

RAil
( 30vENL~ICINC
) ...
~'.-p
I
!
, l
- I-
I
I !
I
I
] I
S,..E' ,.. " I
U:IDIUC ! " ~-.r " :
AHoor A
.
t
ZwrRf'ST~JO"
!
-1 ~TROo...aRON
I
I

Kabel
rl " \\
~
~ "" \
-
Figuur 11. Interferentiestromen uit kathodisch beschermd object naar onvoldoende beschermde
kabel.
2.12 De Nederlandse ondergrond in kaart gebracht
Het Nederlands Instituut voor Toegepaste Geowetenschappen TNO (NITG-TNO) is, in het kader
van het project "DINO" (Database Informatie Nederlandse Ondergrond), bezig met het in
kaart brengen van de Nederlandse ondergrond tot dieptes van 25 meter onder het maaiveld.
Dit instituut heeft in opdracht van commissie M 612 zes kaarten samengesteld, schaal
1:1.000.000, met kleurdifferentiatie voor de verschillende te onderscheiden klassen, die in bijlage
A zijn opgenomen.
De inhoud van deze 6 kaarten kan in het kort als voIgt worden samengevat:
Kaart 1: Klei- en veenkaart van Nederland.
Deze kaart geeft een beeld van de ligging van de klei- en veengebieden in Nederland, dat wil
zeggen alle gebieden waar, tot een diepte van 8 meter ten opzichte van het maaiveld, meer dan 4
meter veen en/ofklei wordt aangetroffen.
Veengebieden zijn gebieden waar meer dan 4 meter veen in de bovenste 5 meter wordt
aangetroffen. Klei/veengebieden zijn gebieden waar tussen 0,5 en 4 meter veen wordt
aangetroffen en kleigebieden worden gedefinieerd als gebieden waar minder dan 50 cm veen in
de bovenste 5 meter aanwezig is.
Zoals in de voorgaande paragrafen reeds genoemd, kan over het algemeen worden gesteld dat,
afhankelijk van het type materiaal, veen en klei een agressiever milieu voor staal vormen dan
zand.
Kaart 2: Bodemagressiviteitskaart 20 meter diepte ten opzichte van maaiveld.
De bodemagressiviteit wordt afgeleid uit een driehoeksdiagram (zie ook fig. 9b) waarin de in
Nederland voorkomende hoofdgrondsoorten zijn weergegeven. Met name de grondsoorten
veen/organisch materiaal, klei en zand zijn in dit verband van belang. Door de bodemopbouw
tussen 19-21 m maaiveld te vergelijken met de voorgestelde indeling in agressiviteitklassen
wordt, gegeven een selectie van meer dan 400.000 boringen, een globaallandsdekkend beeld
van de agressiviteit van de bodem met betrekking tot corrosie van staal gegeven.
29

Opmerking:
Gebaseerd op de op dat moment aanwezige kennis is bij het samenstellen van deze kaart geen
rekening gehouden met andere factoren clan de grondsoort die ook de agressiviteit van de grond,
ten opzichte van staal, sterk kunnen beinvloeden, zoals de aanwezigheid in de grond van
chloride, sulfide, vocht, etc.
Deze kaart heeft dus slechts een orienterend karakter en is dus ongeschikt voor nauwkeurige
voorspellingen. Aanvullende metingen (b.v. polarisatieweerstandsmetingen) op enkele locaties
langs het tunneltraject zijn nodig voor corrosie- en levensduurvoorspellingen.
Kaart 3: Bodemweerstand tot 25 meter diepte ten opzichte van maaiveld.
Deze kaart wordt gebaseerd op een groot aantal metingen die uitgevoerd zijn voor de geo-elektrische
kartering van Nederland. De bodemweerstand is de schijnbare weerstand van de grond.
Deze is afhankelijk van de grondsoort en van het zoutgehalte van het grondwater (zie ook 2.7).
De kaart geeft een landelijke indruk van de soortelijke elektrische weerstand van ondiepe sedimenten.
Kaart 4: Chlorideconcentratie van het grondwater op 9 en 25 m diepte ten opzichte van
maaiveld.
Deze kaart is gebaseerd op gegevens van het LGM (Landelijk Grondwater Meetnet) en geeft het
chloridengehalte van het grondwater aan op de dieptes van 9 en 25 meter. Gebieden met (zoute)
kwel of juist met instroming van regenwater zijn direct uit het kaartbeeld te herkenen. Ook kunnen
gevolgtrekkingen over de ligging van het zoet/brak en braklzout grensvlak worden gemaakt.
Kaart 5: Zuurgraad van het grondwater op 9 en 25 m diepte ten opzichte van maaiveld.
De zuurgr~ad is een belangrijke factor bij de beoordeling van corrosierisico's (zie ook 2.5).
De pH is niet direct uit de bodemgesteldheid af te leiden. Zo kan in veengebieden door
kalkbuffering een neutrale zuurgraad worden gemeten.
Kaart 6: Redoxstatus van het grondwater op 9 en 25 m diepte ten opzichte van maaiveld.
In deze kaart wordt de zuurstofverzadiging van het grondwater weergegeven. Indeling geschiedt
in drie klassen: (sub)oxisch, anoxisch en sterk anoxisch (sulfaatreducerend), en op twee dieptes
(9 en 25 m t.o.v. het maaiveld).
De chloride-, zuurgraad- en redoxkaarten geven gezamenlijk een indicatie van de chemische gesteldheid
van het grondwater. Deze gesteldheid zal van invloed zijn op de mate van corrosie van
staal in de ondergrond (zie ook 2.5).
2.13 Literatuur
1. ASTM Standard (G 57-84); "Method for Field Measurements of soil Resistivity Using
2.
3.
4.
30
the Wenner Four-Electrode Method".
"ASTM Test Method for pH of Soil for Use in Corrosion Testing (G 51-77)" .
E. Escalante; "The effect of soil resistivity and soil temperature on the corrosion of galvanically
coupled metals", ASTM Symposium on Galvanic Corrosion, Phoenix, Az, november
1986.
R.F. Thomas: "Corrosion of metals in New Zealand soils", Corrosion Australasia, 15,
Febr. 1990, pag. 8.

5. H.J. Flitz, C. Spero en P.M. Ferris: "Prediction of mild steel corrosion rate in clay
soils". Uit het boek: "Life prediction of corrodible structures", pag. 320-329.
6. A.W. Peabody: "Bacterial corrosion in control of pipeline corrosion", NACE,1967,
Hoofdtuk 15.
7. W.P. Iverson: "An Overview of the Anaerobic Corrosion of Underground Metallic
Structures, Evidence for a New Mechanism", uit de ASTM-publicatie STP 741 "Underground
Corrosion", ASTM, Phpiladelphia,1981, bIz. 33.
8. G. Woudstra: "Meetmethoden voor de controle van een kathodische bescherming", Corrosie
nr. 2, maart 1988.
9. W. v. Baeckmann e.a.: "Handbook of Cathodic protection". Verlag Chemie GMBH,
1971.
10. NCC-Rapport over de Corrosie van Damwanden,opgesteld in opdracht van RWS.
11. K. Kasahara en F. Kajiyama: "Determination of underground corrosion rates from polarization
resistance measurements", Corrosion - NACE, 39, No. 12, December 1983,
pag. 475-480.
12. R.C. Srinivasan, J.C. Murphy en C.B. Schroebel: "Environmental effects on the corrosion
of buried structures: Temporal and Spatial variations in corrosion rates". Uit het
boek: " Life prediction of corrodible structures", pag. 767-778.
13. G. Woudstra: "Doelmatige uitwendige kathodische bescherming van ondergrondse stalen
buisleidingen", Nederlandse Gasunie N. V.
14. "Kiwa en de corrosiebestrijding", RB elektronica, oktober 1992.
15. NPR 6912 "Kathodische Bescherming On-Shore Buisleidingen en Constructies van
Metaal", 1995.
16. C.J. Mink: "Kathodische bescherming van ondergrondse installaties", voordracht gehouden
aan de TU Twente, 1975.
17. F.P. Miller, J.E. Foss, D.C. Wolf: "Soils surveys: their sythesie, Confidence Limits and
Utilization for Corrosion Assesment of Soils", Underground corrosion, ASTM STP 741,
Philadelphia, 1981, bIz. 3-23.
18. F.O. Waters: "Soil Resistivity Measurements for Corrosion Control", Corrosion, vol. 8,
nr. 12, 1952, biz. 407.
19. E. Escalante: "Corrosion Testing in Soil", Metals Handbook, vol. 13, American Society
for Metals, Metals Park, OH, september 1987.
20. M. Romanoff: "Underground Corrosion", NBS579, National Bureau of standards, U.S.
Government Printing Office, Washington, DC, 1957.
21. D.R. Morris e.a.: "The Corrosion of Steel by Aqueous Solutions of Hydrogen Sulfide",
Journal of the Electrochemical Society, vol. 127, nr. 6, 1980, biz. 1228-1235.
22. C.G. Deuber: "Corrosion, vol. 9, 1953, biz. 95-99.
23. W.P. Iverson: "Microbial Iron Metabolism", Academic Press, New York, 1974, biz.
475-513.
24. G. Hessler, G. Gerdes, K. Bow, R. Baboian: "A Method for Corrosion Testing of Cable
Shielding Materials in Soils", uit de ASTM-publicatie STP 1013: "Effects of soil characteristics
on corrosion", STP 1013, (1987), bIz. 147..
25. LA. Denison: Journal of Research of the National Bureau of Standards, vol. 17, september
1936.
31

26. J.O. Harris: "Microbiological Studies Reveal Significant Factors in Oil and Gas Pipeline
Backfilled Ditches", Technical Bulletin 135, Kansas Agricultural Experiment Station,
Kansas State University, Manhattan, KS, 1963.
27. W.A. Van Eck: "Proceedings, 11thAnnual Underground Corrosion Short Course", West
Virginia University Engineering Experimental Station Bulletin, nr. 80, bIz. 125-137.
28. M. Romanoff: "Journal of Research of the National Bureau of Standards, Section C",
Engineering and Instrumentation, vol. 66C, nr. 3, Washington, DC., 1962, bIz. 223-244.
29. K.P. Fischer, B. Bue: "Corrosion and Corrosivity of Steel in Norwegian Marine Sediments",
uit de ASTM-publicatie STP 741 "Underground Corrosion", 1979, bIz. 24-32.
30. U. Nurnberger: "Korrosion und Korrosionsschutz im Bauwesen", Bauverlag GMBH,
WiesbadenlBerlin, 1995.
31. D.H. Pope, T.P. Zintel: "Methods for investigating under deposit microbiologically influenced
corrosion'" Materials Performance, vol. 28, nr. 11, bIz. 46-51, november 1989.
32. H.Tang, G. Son, e.a.: "Study on Corrosion of Carbon Steel in Solids by Polarization
Measurements" ,Corrosion Science and Protection Technique, vol. 7 (4) bIz. 285-292,
1995.
33. N.Emukai, H. Takazawa: "Laboratory Soil Corrosion Test of Steel Rods", Corrosion
Engineering (Japan) vol. 17(3), bIz. 169-180, maart 1993.
34. J.H. Fitzgerald: "Evaluating Soil Corrosivity: Then and Now" Materials Performance,
vol. 32(10), bIz. 17-19, oktober 1993.
35. P.H. Ferguson, D.M.F. Nicholas: "External Corrosion of Buried Iron and Steel water
Mains", Corrosion Australia, vol. 17(4), bIz. 7-10, augustus 1992.
36. J. Liu: "The Probe into the Soil Corrosion of Steel at some Areas in China", Workpaper
uit symposium: "Corrosion Control" 7th APCCC, vol. 1 China, 1991.
37. E. Levlin: "Corrosion of water pipe systems due to acidification of soil and groundwater",
Doctoral thesis in Applied Electrochemistry and Corrosion Science, Royal Institute
of Technology, Stockholm, TRITATEK 1992:01, ISBN 91-7170-094-3 (1993).
38. E. Levlin: "Corrosion of underground structures due to acidification: laboratory investigation",
British Corrosion Journal 26(1), bIz. 36-66 (1991).
39. W.J. Schwerdtfeger: "Study by polarization techniques of the corrosion rates of aluminium
and steel underground for sixteen months", J. of Research of the National Bureau
of Standards, 65(4), biz. 271-276 (1961).
40. 1. A. Denison, M. Romanoff: "Soil Corrosion Studies, 1946: Ferrous metals and alloys",
J. of Research of the National Bureau of Standards, 44, bIz. 47-76 (1950).
41. E. Levlin: "Aeration cell corrosin of carbon steel in soil: In situ monitoring cell current
and potential", Corrosion Science, 38(12), bIz. 2083-2090, 1996.
42. G. Woudstra: "Stalen buisleidingen en elektrische tractie in Nederland (zwerfstroom)",
CORROSIE, nr. 4, bIz. 31-39, juli 1989.
43. K.H. Logan: "Corrosion by Soils", The Corrosion Handbook, H.H. Uhlig, bIz. 1111-
1122, 1948.
44. V. Chaker: "Corrosion testing in Soils- Past, present and Future", in Corrosion Testing
and Evaluation: Silver Anniversary Volume, STP 1000, bIz. 95-111, ASTM, 1990.
45. J.O. Harris: "Soil in the Corrosion Process", Corrosion, vol. 1, blz.237, 1963.
32

3. CORROSIE VAN STAAL IN DE PRAKTIJK
In dit hoofdstuk worden de diverse vormen van corrosie, die in de praktijk het meest in de grond
voorkomen, heel in het kort behandeld.
Om een indruk te geven van de mate van aantasting van onbeschermd staal worden hier de resultaten
vermeld van onderzoeken uit diverse landen en omgevingen (offshore, onder de grond,
onder het water, etc.). Ook worden hier in het kort enkele praktijkgevallen behandeld, met
vermelding van de gemeten (en soms geschatte) corrosiesnelheden.
De hier vermelde corrosiesnelheden onder diep en ondiep water zijn van belang in die gevallen
waar de tunnel in aanraking komt met water. Dit gebeurt bijvoorbeeld in de nabijheid van
ondergrondse rivierbeddingen.
Primair is gekeken naar de Nederlandse situatie waar in de grond weinig samenhang wordt aangetroffen;
de grond bestaat voomamelijk uit zand, veen en klei.
Daamaast zijn ook literatuurgegevens opgenomen die buiten het Nederlandse toepassingsgebied
vallen, maar toch relevant zijn.
Voor de volledigheid worden in 3.2.12 ook enkele gegevens vermeld over de aantasting van
staal als gevolg van de atmosferische invloeden. Dit om een indruk te geven van de snelheid
waarmee staalonderde1en, gesitueerd aan de binnenzijde van een tunnel, kunnen corroderen.
3.1 Corrosievormen
De classificatie van corrosie in verschillende verschijningsvormen is vrij arbitrair. In de praktijk
is gebleken dat een inde1ing naar vormen die met het blote oog herkenbaar zijn de voorkeur
verdient. Door deze herkenning kunnen vaak al oorzaken worden aangegeven en oplossingen
worden aangedragen. Er zijn vele verschijningsvormen waarvan sommige een relatie met elkaar
vertonen. De voomaamste vormen die in de praktijk van de ondergrondse corrosie voorkomen
ZlJn:
uniforme of algemene aantasting;
galvanische corrosie;
spleetcorrosie;
putcorrosie;
. .
spannmgscorrosle;
microbiele corrosie
zwerfstroomcorrosie
Een beknopte theoretische achtergrond wordt in [32] gegeven. De corrosie als gevolg van
zwerfstromen wordt in hoofdstuk 7 behandeld.
3.1.1 Algemenecorrosie
Dit is een vorm van corrosie die meestal voorspelbaar is, omdat de oorzaak in de elektrochemische
reacties, die uniform over het oppervlak plaatsvinden, ligt. De aantastingssne1heid kan
redelijk nauwkeurig worden gemeten. De wanddikte van een metalen plaat wordt langzaam en
egaal steeds dunner tot er niets meer van over is. De meeste andere corrosievormen zijn verraderlijker
en moeilijker te voorspellen. Bovendien zijn ze vaak plaatselijk en kunnen onverwachte
schade met desastreuze gevolgen geven.
33

Uniforme corrosie kan worden voorkomen of gereduceerd door:
juiste materiaalkeuze, eventueel voorzien van coatings;
inhibitoren;
kathodische bescherming.
Ook kan een zogenaamde corrosietoeslag op de wand worden gegeven om de gewenste
1evensduur te realiseren.
3.1.2 Galvanischecorrosie
De koppeling van twee metal en met verschillende potentialen in een geleidende
elektrolytoplossing resulteert in de versnelde aantasting van het anodische (minder edeler)
metaal. Galvanische corrosie is een veel voorkomend verschijnsel op vaak onverwachte
plaatsen. Een eerste indicatie of in een bepaalde situatie galvanische corrosie kan optreden, kan
men krijgen door gebruik te maken van de halfpotentialen.
In de praktijk kan dit bijzonder riskant zijn, omdat de standaard halfpotentialen in het algemeen
onder heel andere omstandigheden zijn bepaald dan in de praktijk. Galvanische corrosie kan ook
bewust worden gebruikt om bepaalde metal en onderdelen te beschermen door andere, nietkritische
onderdelen op te offeren. Voorbeelden vormen de verzinkte constructies, zoals de
verzinkte auto, zinken opofferingsanodes aan schepen en ondergrondse stalen leidingen, etc.
Een typisch (en vaak onderschat) voorbeeld van galvanische corrosie is dat van de koppeling
van een oud, zwaar gecorrodeerd, stuk pijp met een splintemieuw pijpstuk, die geen
corrosieproducten vertoont. Deze koppeling gaat meestal gepaard met de snelle aantasting van
de nieuwe pijp. Een verklaring voor dit fenomeen wordt gevonden in de "Praktische
Galvanische Reeks der Metalen". Hier wordt vermeld dat de halfcel-potentiaal van nieuw staal
tussen -0,5 en -0,8 Volt t.o.v. Cu/CuS04-refrentie-elektrode schommelt terwijl die van verroest
staal -0,4 tot -0,55 Volt bedraagt. Het kleine potentiaalverschil tussen beide pijpuiteinden is
voldoende om de corrosie te starten.
Beheersingsmethoden voor galvanische corrosie zijn:
bij de combinatie van diverse metal en in de constructie die meta1en selecteren met zo dicht
mogelijk bij elkaar liggende potentialen, bijvoorbeeld een derde metaal dat anodisch is ten
opzichte van de andere twee tussenplaatsen;
ervoor zorgen dat het anodische oppervlak (van het minst edele metaal) altijd groot is ten
opzichte van het kathodische oppervlak;
isoleer de verschillende metalen volledig van elkaar;
bij het beschermen van een metaaloppervlak zeer goed opletten dat geen defecten in de coating
ontstaan. Een klassieke fout die vaak wordt gemaakt, is OOtbij koppeling van roestvast
staal en koolstofstaal het koolstofstaal wordt geschilderd. Indien nu in deze verf een beschadiging
optreedt, hebben we te maken met een zeer kleine anode ten opzichte van een zeer
grote kathode, het roestvaste staal. Het zal duidelijk zijn dat het koolstofstaal zeer snel zal
perforeren. In dit geval had het roestvaste staal moeten worden geverfd;
inhibitoren aan het corrosieve medium toevoegen;
het ontwerp zodanig aanpassen dat de anodische delen gemakkelijk kunnen worden vervangen.
34

3.1.3 Spleetcorrosie
Spleetcorrosie is een veel voorkomende vorm van corrosie, waarvoor vooral actief- passief metalen
gevoelig zijn. Meestal wordt spleetcorrosie daar waargenomen waar zich kleine hoeveelheden
stilstaande elekrolyt-oplossingen bevinden, zoals tussen flenzen, bouten, moeren,
onder corrosie producten en andere afzettingen. Berucht is in dit geval de aanwezigheid van
chloride-ionen. Voor het optreden van spleetcorrosie moet de spleet wijd genoeg zijn om vocht
toe te laten en voldoende nauw om voor een stilstaand milieu te zorgen. Beheersingsmogelijkheden
van spleetcorrosie kunnen bijvoorbeeld zijn:
het gebruik van lassen in plaats van bouten in nieuwe constructies;
bestaande naden dichtlassen;
de vaten zodanig te ontwerpen dat complete afvoer van vloeistoffen mogelijk is of dat er
geen neerslag kan ontstaan;
eventuele neerslagen regelmatig verwijderen;
filters inbouwen in de constructie om vaste deeltjes te verwijderen;
niet -absorberende pakkingen gebruiken;
pijpen in pijpplaten lassen in plaats van ze erin te roBen.
3.1.4 Putcorrosie
Putcorrosie is een gevaarlijke vorm van lokale corrosie waardoor gaten in het metaal kunnen
ontstaan. Putcorrosie is vaak moeilijker waar te nemen vanwege de kleine diameters van de
putten omdat deze vaak met corrosieproducten zijn bedekt.
In laboratoriumtesten is putcorrosie vaak moeilijk te simuleren in verb and met de lange incubatietijden.
In de praktijk komen perforaties van het metaal vaak totaal onverwacht. Vooral in een chloridemilieu
treedt putcorrosie op bij met name roestvaststaal, koperlegeringen, etc.
De beheersingsmogelijkheden die voor de sp1eetcorrosie zijn genoemd gelden in het algemeen
ook voor putcorrosie.
3.1.5 Spanningscorrosie
Spanningscorrosie is een vorm van lokale aantasting die kan ontstaan door de combinatie van de
volgende drie factoren:
een specifiek milieu;
trekspanning in het materiaal;
een spanningsgevoelige staalsoort.
Spanningscorrosie kan worden bestreden door een van bovengenoemde factoren weg te nemen,
waardoor per defmitie geen spanningscorrosie meer kan ontstaan, dus:
Ofeen ongevoelige staalsoort;
Ofongevoelig milieu;
Ofgeen trekspanningen.
Spanningscorrosie kan bijvoorbeeld optreden aan de buitenzijde van de stalen tunnelwand indien
vervormingen (spanningen) in de tunnel hebben plaatsgevonden en men, voor de vervaardiging
van de wand of lining, staal met een hoge treksterkte heeft gebruikt.
Dit type corrosie kan ook ontstaan bij overbescherming van de stalen tunnelwand, als gevolg
van waterstofoverproduktie, tijdens kathodische bescherming (zie 7.7).
35

3.1.6 MicrobiiHe corrosie
In de afgelopen jaren valt een verhoogd aantal publicaties op het gebied van de microbiele corrosie
op in de vakliteratuur. Er is inzicht gekomen in het feit dat een aantal schadegevallen beter
verklaard kan worden door bacteriele activiteit dan door de vroeger aangenomen zuiver elektrochemische
corrosiemechanismen.
Door microbiologische groeiprocessen op metaaloppervlakken kan een hele reeks corrosie processen
worden gei'nduceerd die leiden tot een aantal verschillende corrosievormen.
De corrosie van metalen wordt zoals bekend veroorzaakt door elektrochemische reacties,
waarbij micro- organismen een indirect effect hebben. Deze organismen produceren biofilms
die concentratie-elementen tot gevolg hebben (zuurstof, pH, metaalzouten), welke uiteindelijk
kunnen leiden tot lokale corrosievormen.
Een volgende groep biologische actieve organismen bestaat uit sulfaatreducerende bacterien die
door sulfide vorming elektrochemische deelreacties kunnen bevorderen. Een derde grote groep
wordt gevormd door bacterien die anorganische en organische zuren vormen, die zowel metallische
als andere anorganische materialen kunnen aantasten. Deze aantasting is ook hier weer
indirect.
In tegenstelling tot de hierboven beschreven indirecte invloed op organisch materiaal, kunnen
bacterien wel rechtstreeks deelnemen aan de afbraak van organische materialen zoals kunststof,
hout en textiel. Bij elke polymeer bestaat een micro-organismen dat tot een gedeeltelijke of
volledig afbraak van het materiaal in staat is, inclusief bijvoorbeeld weekmakers. Microbiologische
corrosie kan overal optreden waar gunstige groeiomstandigheden worden aangetroffen
(voedingsstoffen, temperatuur enz.).
Deze omstandigheden kunnen in installaties zeer lokaal aanwezig zijn, zodat alleen op die
plekken gevaar voor microbiele corrosie bestaat. Onder biofilms kunnen bijvoorbeeld anaerobe
omstandigheden voorkomen terwijl de rest van de installatie met zuurstof is verzadigd.
Enkele voorbeelden waar microbiologische gei'nduceerde corrosie kan optreden (de lijst is zeker
niet uitputtend) zijn:
olie- en gasindustrie;
papierindustrie;
levensmiddelenindustrie;
afvalwaterreiniging
energieproductie en klimaatbeheersing:
- koelwater systemen;
- vloerverwarming met kunststof pijpen;
- luchtbevochtigers;
- warmte pompen;
ondergrondse leidingen, tanks, etc.
Bij metallische materialen kunnen door bacterien gevormde biofilms ook leiden tot lokale aantasting
door de vorming van concentratieverschillen in bijvoorbeeld zuurstof, waterstof-ionen
en/of opgeloste zouten. Hierdoor ontstaan elektrochemische concentratie-elementen met kleine
anoden en grote kathoden, die put- en spleetcorrosie tot gevolg hebben.
Ook kan de zuurstofreductie aan de kathode versneld worden door micro biologische activiteit.
Zo werd midden jaren tachtig bij laboratoriumonderzoek vastgesteld dat spleetcorrosie van
36

oestvaststaal AISI 3.16 in natuurlijk zeewater vele malen sneller verliep dan in kunstmatig
zeewater.
Een algemene oplossing van het probleem be staat nog niet. Aanwezige bacterien kunnen worden
vemietigd en biofilms kunnen worden verwijderd. Daamaast kan in het algemeen de volgende
voorzorgsmaatregelen strategie worden toegepast:
oppervlakken schoonhouden;
het systeem in beweging houden;
het systeem kathodisch beschermen;
het metaaloppervlak coaten.
3.2 Corrosie van staal in de praktijk
3.2.1 In Nederland
In het algemeen blijkt dat actieve corrosie optreedt boven en rond de vrije grondwaterspiegel
(de actieve zone waar water en zuurstof voorkomen). In deze zone en in aanwezigheid van
zoutwater (een situatie die in Nederland vrij vaak voorkomt) wordt meestal rekening gehouden
met een gemiddelde corrosiesnelheid van het onbeschermde staal van circa 0,12 mm per jaar.
Deze corrosiesnelheid kan lager zijn bij mildere condities (zoetwater) of hoger in geval van
strengere condities ter plekke, bijvoorbeeld indien er sprake is van "zure regen" als gevolg van
een zware industriele atmosfeer of van chemicalien bevattende effluenten [1].
In Nederland is geen systematisch onderzoek verricht maar er zijn wel een aantal harde bewijzen
dat de corrosie van onbeschermd staal beneden een afstand van Y2 a 1 meter onder het
laagste grondwaterpeil verwaarloosbaar klein is. De aard en samenstelling van de bodemlagen
heeft daarop geen invloed van betekenis. Dit wordt onder andere bevestigd door de resultaten
van een zeer langdurig en uitgebreid onderzoek uitgevoerd in de USA [2] en elders.
De hiema volgende praktijkvoorbeelden tonen aan dat deze vermoedens juist zijn (zie ook [3]):
1) Door Gemeentewerken Rotterdam werd aan het einde van de zestiger jaren een monster getrokken
van de stalen buitenhuid van het afgezonken deel van de Maastunnel. Dat monster
liet zien dat aan dit staal in meer dan 30 jaren geen corrosie van betekenis was opgetreden.
2) Na 15 jaar blijkt bij de stalen buizen, die door een hei-aannemer te Gouda tot op het
Pleistocene zand waren geslagen, dat er beneden het grondwaterpeil geen corrosie was opgetreden,
noch in het veen, noch in de slappe klei, noch in het vaste zand.
3) De spoortunnel op de Luchthaven Schiphol werd in de jaren zestig, volgens de "diepwandmethode"
gebouwd. Bij de sloop van een stukje van de tunnel, circa 30 jaar later, bleek dat
de wapening op meerdere plaatsen niet met beton was omstort. Op geen van deze plaatsen
werd echter corrosie van het staal vastgesteld. De wapening was evenwel omhuld met
bentoniet, waardoor de positieve resultaten aan de beschermende werking van dit materiaal
kon worden toegeschreven. Of dit werkelijk het geval is geweest blijft een vraag.
Om een kwantitatieve uitspraak te doen over de situatie in de diverse Nederlandse regio's dient
een uitvoerig aanvullend onderzoek ter plaatse te worden verricht met betrekking tot:
Wanddikte van damwanden, pijpen, tunnels, etc. die in de bodem zijn geplaatst.
Specifieke elektrische bodemweerstand.
Geo-chemische samenstelling van de bodem.
37

Met name in zeer agressieve omstandigheden, zoa1s bij veengrond en een wisse1ende grondwaterstand,
is een inventarisatie van de in de praktijk opgetreden corrosie sterk aan te beve1en.
3.2.2 In Duitsland
In Duits1and is gedurende 12jaar onderzoek verricht naar de inv10ed van de aanwezigheid en de
kwaliteit (zoet of zout) van het ondergrondse water op de corrosie van staal in damwanden en
pijp1eidingen [20].
Uit dit onderzoek b1eek dat het niet mogelijk is om de mate van de corrosie te re1ativeren aan de
hoogte van de grondwaterstand en de hoedanigheid van het water (zoet/zout).
Dat corrosie optreedt in de zone die door het spatten van het water, vee1vu1dig nat-droog wordt
en die zich daardoor bovendien in een zuurstofrijke omgeving bevindt is verklaarbaar. Echter
niet de sterke corrosie die optreedt 1 m onder de gemidde1de 1aagste grondwaterstand.
Voor de materiaa1afname in zoetwater moet in 60 jaar tijd rekening worden gehouden met 1,4
mm. Dit is tweemaa1 zovee1 a1shiervoor is geste1d.
Uit een ander onderzoek uitgevoerd in Duits1and [24] b1eek dat, in zanderige grond,
onbeschermd staal emstiger corrodeert dan thermisch verzinkt staal. Karakteristiek voor
onbeschermd staal was het optreden van "pitting corrosie".
In vee1 gevallen worden de corrosiegegevens afkomstig uit dit en andere onderzoeken in
Duits1and door de Nederlandse ontwerpers van ondergrondse projecten overgenomen. Deze uitkomsten
mogen echter niet zonder meer in de Nederlandse situatie worden toegepast.
3.2.3 In Zweden
Uit de voorlopige resultaten (na 4 jaren) van een onderzoek naar de corrosie van staal, thermisch
verzinkt staal en A1uzink in de grond, uitgevoerd in Zweden [5], blijkt dat:
De gemidde1de corrosiesne1heid van onbeschermde staal onder de grond (boven de hoogste
grondwaterstand) varieert tussen 5 jlm/jr. (in zandgrond) en 40 jlm/jr. (in modderige klei).
In geva1 van modderige klei, boven de hoogste grondwaterstand, kan emstige pitting (50 tot
400 jlm/jr.) optreden. Op een diepte bene den de 1aagste grondwaterstand kan de pittingsne1heid
varieren tussen 25 en 250 jlm/jr.
In andere grondsoorten, zoa1s zand, is de diepte van de putjes aanzienlijk kleiner (maximaa1
150 jlm/jr.).
Genoemde maxima1e corrosiesne1heden hebben betrekking op staal dat zich in "omgewoe1de"
grond bevindt, bijvoorbee1d onder een zandbed of in grond die eerst uitgegraven werd en vervo1gens
opnieuw a1s vu1grond is gebruikt, en die vaak een andere samenstelling heeft dan die
van de oorspronkelijke grond.
Het verschil in de corrosiesne1heid van staal boven en bene den de grondwaterstandniveaus is
het gevo1g van het verschi1 in be1uchting van de grond.
Het grondwater werkt hier a1seen barriere die het zuurstoftransport naar de onderge1egen grond
afremt.
3.2.4 In Amerika
Bij een uitgebreid onderzoek uitgevoerd in Amerika (South Caroline Atlantic Coastal Plain Province,
Georgia) op 20 10caties en verschillende dieptes [4] werden corrosiesne1heden voor staal
gemeten die tussen 12 en 35 jlm per jaar varieerden.
38

3.2.5 In China
Uit een meer dan 20 jaar durend onderzoek, uitgevoerd door "Chinese National Soil Corrosion
Test Networks and Stations", in acht verschillende grondsoorten [25], b1ijkt dat 80% van de sta-
1en proefpane1en pittingcorrosie vertoonde. Dit resultaat komt overeen met andere onderzoeken
die in China op dit gebied hebben p1aats gevonden.
Bij een ander ve1donderzoek [34], uitgevoerd in de provincie Liaoning, werd het corrosiegedrag
van twee typen onge1egeerd staal op 16 testlocaties (7 hoofdgroepen en 13 subgroepen van
grondsoorten) nagegaan. Tege1ijkertijd werden, zowel in het veld a1s in het 1aboratorium, de fysische
en chemische eigenschappen van de grond vastgeste1d.
De resu1taten tonen aan dat er vee1 verschillen zijn in het corrosiegedrag van onge1egeerd staal
ten opzichte van een grote groep van grondsoorten qua korre1grootte, chemische en fysische
eigenschappen en natuur1ijke omgevingen.
De verkregen resultaten zijn gebruikt om de agressiviteit van de diverse soortgronden te c1assificeren.
3.2.6 In Frankrijk
In [30] worden de resultaten verme1dvan een uitgebreid Frans onderzoek naar de corrosie van
staalconstructies in de bodem, a1 dan niet beschermd met behu1p van coatings en/of met een bepaa1de
overdimensionering (corrosietoes1ag).
Gegevens worden verstrekt over onder andere de corrosie in de Franse bodem, de geografische
10catie van de agressieve gronden, de corrosie van damwanden en de inv10ed van de
verontreinigingen in het water van rivieren en kana1en.
3.2.7 In Rusland
In [30] wordt melding gemaakt van de emstige aantasting van een aanta1 gas1eidingenin
Rus1and, a1sgevo1g van het optreden van interkristallijne spanningscorrosie. Dit type aantasting
werd in alle gevallen bij de niet beschermde pijp1eidingen waargenomen.
De schade vond slechts p1aats op die 1eidingtraces waar de grond bepaa1de stoffen bevatte,
welke in de corrosieproducten, op het staa10pperv1ak, werden opgenomen en op den duur de
spanningscorrosie veroorzaakten.
3.2.8 Onder mariene sedimenten
Mariene sedimenten vormen een zeer comp1exe en heterogene omgeving, met aanwezigheid van
zowe1 anorganische a1s organische componenten en gefi1treerd zeewater. Zuurstof is meesta1 in
zeer 1age concentraties tot op enke1e centimeters onder het bodemopperv1ak aanwezig en zijn
inv10ed op de kathodische reacties is derha1ve minimaal. De diepe sedimenten zijn dus anaerobisch
met een redox-potentiaa1van ca. -100mV (SHE) ofnog negatiever [7].
De corrosiviteit van dit soort bodems wordt meesta1 veroorzaakt door de bacterio10gische activiteit
en de aanwezigheid van su1fiden. Resultaten van onderzoeken naar het su1fidenmetabolisme
en de bacterio10gische activiteit, met verme1ding van de berekende corrosiesne1heden van staal
worden in de 1iteratuur vaak gerapporteerd [8-12].
Ook de hydrostatische druk op de zeebodem speelt een rol van betekenis bij het corrosieproces
[13].
39

In Noorwegen werd in de peri ode 1950-1990 de agressiviteit van marinesedimenten tot meer
dan 500 m diepte onderzocht. [6, 7] De gemeten corrosiesnelheid van staal ter plaatse varieerde
tussen 1 en 50 jlm per jaar.
In het algemeen werd waargenomen dat, in de meeste sedimenten met een glaciale of glaciaalmariene
oorsprong (die in de regel een laag gehalte aan organische materie bevatten), staal met
een snelheid van 1 tot 20 jlm/jr. corrodeert. Zo werd bij een onderzoek naar de aantasting van
damwanden die 10 tot 70 jaar onder de grond hadden gelegen een maximale corrosiesnelheid
van 30 jlm/jr. vastgesteld [21].
Indien de sedimenten een hoog gehalte aan ontleed organisch materiaal bevatten kan een (maximale)
corrosiesnelheid van 360 /lm per jaar optreden. De hoge agressiviteit moet hier worden
toegeschreven aan de aanwezigheid van een hoge concentratie aan sulfide, ontstaan door de
reductie van het biologische materiaal (sulfaatreducerende bacterien) [7, 14].
Deze waamemingen komen overeen met de resultaten van de metingen uitgevoerd in marienesedimenten
op diepten tussen 760 en 1830 meter in de Stille Zuidzee (Port Hueneme) waar een
corrosiesnelheid varierend tussen 20 en 40 jlm/jr. werd gemeten [15].
In minder diep gelegen sedimenten (20 tot 100 m) in de Golf van Mexico zijn corrosiesnelheden
tot 75 jlm/jr. gerapporteerd [16].
De hoogste corrosiesne1heden worden meestal gemeten bij pijpleidingen die slechts 1 it 2 meter
onder het maaiveld liggen en die bedekt zijn met een laag omgewoelde (vreemde) grond. Het
verschil in beluchting speelt hier een belangrijke rol [21].
3.2.9 Onder water (opgrote diepten en in de grond)
De corrosie van (laagge1egeerd) staal in zeewater is in zeer veel publicaties beschreven, zie voor
een overzicht [18].
Eigen onderzoek door Hoogovens en partners in EGKS verb and [19], leverde veel gegevens
over het corrosiegedrag van staal in de Noordzee op 45 en 90 m diepte. Hierbij werden 35
experimentele en commerciele staalsoorten onderzocht met een maximale expositieduur van 7,2
jaar. De commerciele staalsoorten bleken te corroderen met een gemiddelde snelheid van circa
80 jlm/jr. De laagst waargenomen waarde bedroeg 40 jlm/jr. en de hoogst waargenomen waarde
140 jlm/jr.
Met de experimentele staalsoorten werd een verbetering van de algemene corrosie bereikt varierend
van een factor 2 tot 4.
De gemeten putdiepten varieerden tussen 2 en 5 mm na 7,2 jaar expositie. Spleetcorrosie bleek
van ondergeschikte aard.
In 1980 werd door TNO een corrosiesurvey verricht langs de Nederlandse kust om de corrosie
van stalen damwanden vast te stellen [17]. De corrosiesnelheden werden bepaald met behulp
van US-diktemetingen.
Op de plaatsen van de damwanden die enkele centimeters onder de grond lagen werd een gemiddelde
corrosiesne1heid van 20 jlm/jr. gemeten. In de permanent ondergedompelde zone,
dicht bij het grondoppervlak, varieerde de corrosiesnelheid tussen 3 en 90 jlm/jr.
Deze waarden komen overeen met die verkregen op andere kustlocaties elders in de were1d, zie
bijvoorbeeld [22-23].
40

Sinds eindjaren 80 wordt veel aandacht be steed aan de microbiologische invloed op de corrosie
van staal (damwanden) in zeewater. Een groot EGKS-onderzoek is in uitvoering met verschillende
deelnemers. Vele Europese havens zijn bij het onderzoek betrokken, waaronder Harlingen
in Nederland. Het onderzoek wordt eind '99 afgesloten met een eindrapport waarin ook aanbevelingen
staan ter beheersing van het probleem. De resultaten zuBen ongetwijfeld van belang
zijn voor het project M-610.
3.2.10 Onder water (op geringe diepte) in aanwezigheidvan bacterien
In [33] wordt een recent ECSC-onderzoek gerapporteerd naar door bacterien ge'induceerde
sneHe aantasting van stalen damwanden op plaatsen die bij laag water net onder NAP liggen.
Het onderzoek werd onder andere uitgevoerd in de havens van: Boulogne (Frankrijk), Zeebrugge
(Belgie) en Harlingen (Nederland).
De waargenomen corrosiesnelheden blijken, per locatie, zeer verschillend te zijn.
Gerelateerd naar 2 jaar expositie kunnen de gemeten corrosiewaarden als voIgt worden
samengevat:
Gemiddelde corrosiesnelheid
Maximale putdiepte
: 0,15-0,27 mm/jaar
: 0,80-1,52 mm (locatie Boulogne)
0,80-1,14 mm (locatie Zeebrugge)
0,71-2,70 mm (locatie Harlingen)
3.2.11 De bodemagressiviteitvolgensde normen
Momenteel wordt aan een aantal intemationale normen (en Eurocodes) gewerkt waarin men de
in de praktijk gemeten corrosiesnelheden van staal onder de grond heeft verwerkt. Zo wordt in
[28] de agressiviteit van de bodem en het water in drie globale categorieen verdeeld, namelijk:
1m-I: In aanwezigheid van vers zoetwater (rivier, meer, kanaal, etc.).
Im-2: In aanwezigheid van zee- ofbrakwater (off-shore constructies,
Im-3:
havenlocaties, sluizen, rioleringsbuizen, etc.
In de grond (tanks, damwanden, pijpleidingen, tunnels, etc.).
Bij gebrek aan nauwkeurige gegevens bij een bepaalde situatie kan men deze gegevens gebruiken
om een (grove) schatting over de levensduurverwachting van een staalconstructie te doen.
In "Eurocode 3" [27] worden, bijvoorbeeld, zeer concrete corrosiesnelheden voor staal en zink
aangegeven van stalen damwanden in de grond (tabe12) en in het water (tabe13).
Ook de in voorbereiding zijnde ISO 12501 [31], specifiek voor de corrosie van staal onder de
grond, zal zeer goed bruikbare gegevens bevatten.
Uit de globale praktijkgegevens vermeld in de literatuur (zie ook tabel 8, hoofdstuk 4) kan
worden geconc1udeerd dat de corrosiesnelheid van staal in de diepe grond veelal niet meer
bedraagt dan 0,015 mm/jaar.
Dit betekent dat men, in veel praktijksituaties, in het gunstigste geval zou kunnen volstaan met
het geven van een extra corrosietoeslag van, bijvoorbeeld, 1 mm aan de stalen wand. Deze extra
wanddikte geeft immers reeds een theoretische toename van de levensduur van circa 65 jaar.
41

Tabel2. Wanddiktevermindering (in mm) van stalen palen en damwanden door corrosie in de
bodem.
Samenstelling en aard van de grond Ontwerplevensduur in jaren
5 25 50 75 100
Onberoerde grond (zand, klei, slik). 0,00 0,30 0,60 0,90 1.20
Verontreinigde natuur- en industriele grond. 0,15 0,75 1,50 2,25 3,00
Agressieve natuurgronden (moeras-, turf- en veenland). 0,20 1,00 1,75 2,50 3,25
Inhomogene (niet-agressieve) grond (klei, zand, slik) die vaak als 0,18 0,70 1,20 1,70 2,20
materiaal voor het vullen van sleuven, kuilen, e.d. wordt gebruikt.
Inhomogene (agressieve) grond (vliegas, slakken, puin) die vaak 0,50 2,00 3,25 4,50 5,75
als materiaal voor het vullen van sleuven, kuilen, e.d. wordt ge-
bruikt.
Opmerkingen:
1.) De corrosiesnelheden in grond voor het opvullen van ingegraven werk die een homogene sarnenstelling bezit
Samenstelling en aard van het water Ontwerplevensduur in jaren
5 25 50 75 100
Normaal zoetwater (van rivier, meer, vaartkanaal). 0,15 0,55 0,90 1,15 1.40
Sterk verontreinigd zoetwater (rioolwater, industrieel 0,30 1,30 2,30 3,30 4,30
afvalwater) in de splash zone.
Zeewater in een gematigd klimaat in de zones waar 0,55 1,90 3,75 5,60 7,50
sterke aantasting plaatsvindt (Iaagwaterlijn en splash
zone).
liggen lager dan die in grond van gevarieerde samenstelling.
2.) De hier vermelde waarden zijn slechts richtwaarden. Rekening moet worden gehouden met het feit dat de
condities ter plaatse voor een groot deel de aantastinggraad bepalen. De werkelijke corrosiesnelheid kan dus in
een praktijksituatie hoger oflager zijn dan de gemiddelde waarde vermeld in deze tabel.
3.) De waarden gegeven voor 5 en 25 jaar zijn gebaseerd op metingen in de praktijk. De overige zijn geextrapoleerde
waarden.
Tabel 3. Wanddiktevermindering (in mm) van stalen palen en damwanden door de corrosie
in zoet- of zeewater.
Zeewater in een gematigd klimaat, bij permanente 0,25 0,90 1,75 2,60 3,50
immersie of in de getijdenzone.
Opmerkingen:
1.) De hoogste corrosiesnelheid treedt in de regel op in de splash zone of bij de laagste waterstand in wateren
onderhevig aan de getijden.
2.) De hier vermelde waarden zijn slechts richtwaarden. Rekening moet worden gehouden met het feit dat de
condities ter plaatse voor een groot deel de aantastinggraad bepalen. De werkelijke corrosiesnelheid kan dus in
een praktijksituatie hoger oflager zijn dan de gemiddelde waarde vermeld in deze tabel.
3.) De waarden gegeven voor 5 en 25 jaar zijn gebaseerd op metingen in de praktijk. De overige zijn geextrapoleerde
42
waarden.

3.2.12 Corrosiebelastingaan de binnenzijdevan de tunnel
De gegevens over de atmosferische aantasting van staal aan de binnenzijde van de tunnel zijn
van belang omdat hiermee levensduurvoorspellingen kunnen worden gedaan voor de diverse
staalonderdelen aanwezig in de tunnel en de tunnelwand zelf.
Bij verkeerstunnels ontstaat corrosie van de stalen binnenwand als gevolg van de condensatie
van vocht en de oplossing in dit condenswater van de zure uitlaatgassen van het verkeer.
Condensatie is waarschijnlijk onvermijdelijk, gezien de thermische traagheid van een tunnel.
Het inrijdwater aan het begin van de tunnel kan onder meer dooizouten bevatten.
In de literatuur is geen relevante informatie aanwezig over de specifieke aantasting van staal aan
de binnenzijde van de diverse tunnelsoorten. Wel wordt, bijvoorbeeld, in [29] een overzicht
gegeven van de verschillende globale atmosferische mikro-klimaten die in de praktijk aan de
binnenzijde van een tunnel of pijp kunnen voorkomen.
In tabel 4 [29] wordt, als voorbeeld, een overzicht gegeven van de corrosiesnelheden van staal
en zink in de diverse (typische) atmosferische milieus.
De in deze tabel genoemde corrosiesnelheid van onbeschermd staalligt voor een "landelijk milieu"
in de orde van 30 tot 80 Jlm per jaar en voor een "industrieel milieu" tussen 40 en 2000
Jlm per jaar. Worden deze aanduidingen naar lage respectievelijk hoge SOz-concentraties vertaald,
dan zouden genoemde corrosiesnelheden kunnen gelden voor railverkeertunnels respectievelijk
autoverkeerstunnels.
Tabel4. Wanddiktevermindering (in Jlm) van staal en zink door de atmosferische corrosie in
diverse typische milieus (na 1jaar expositie).
Corrosiviteitscate- Dikteverlies Enkele voorbeelden van typische milieus
gorie
Staal Zink Buiten Binnen
Cl (zeer laag) ~1,3 ~0,1 Verwarmde hallen, maga-zijnen,
kantoren.
C2 (laag) > 1,3-25 >0,1-0,7 Atmosfeer met een laag Onverwarmde ruimten waar
vervuilingniveau. Meestal condensatie kan optreden, zoals
landelijke gebieden. metrostations en werkplaatsen.
C3 (gematigd) >25-50 >0,7-2,1 Stedelijke en industriele Ruimten met een hoge RV en
gebieden, gematigde S02 een beetje luchtvervui-ling, zoals
vervuiling, kustgebieden in spoorweg-tunnels.
met een laag zoutgehalte.
C4 (hoog) >50-80 >2,1-4,2 Industriele en kustgebieden Verkeerstunnels, zwemba-den,
met een gematigd zoutge- havens, fabrieken.
halte.
C5-I (zeer hoog, >80-200 >4,2-8,4 Industriele gebieden met Ruimten met een bijna per-
industrieel) een hoge RV en een agres- manente condensatie en hoge
sieve atmosfeer. vervuiling.
C5-M (zeer hoog, in >80-200 >4,2-8,4 Kust en buitengaatse ge- Ruimten met een bijna
zee) bieden met een hoog zout- permanente condensatie en hoge
gehalte. vervuiling.
Opmerking: In kustgebieden in warme vochtige zones kan het dikteverlies de grenzen van categorie C5-M
overschrijden.
43

3.3 Literatuur
1. CUR-rapport 166 "Damwandconstructies", CUR, Gouda, 1994.
2. Brief van dhr. A. F. Van Weele (Instituut voor Funderingscontrole, IFCO b.v.) met als
titel: "Corrosie van staal in de grond", d.d. 25 maart 1991.
3. A.F. Van Weele: Tijdschrift "Cement", 1981, nr. 2, bIz. 82-83.
4. R.A. Corbett, C.F. Jenkis: "Soil Characteristics as Criteria for Cathodic Protection of a
nuclear Fuel Production Facility", "Effects of soil characteristics on corrosion", STP
1013, (1987), bIz. 95-106.
5. G. Camitz, T.G. Vinka: "Corrosion of Steel and metal-coated Steel in Swedish soils. Effects
of Soil Parameters", uit de ASTM-publicatie "Effects of soil characteristics on corrosion",
STP 1013, (1987), bIz. 37-53.
6. K. Fischer, O.R. Bryhn: "Corrosion and Corrosion Evaluation of Superficial Sediments
on the Norwegian Continental Shell", uit de ASTM-publicatie STP 1013: "Effects of soil
characteristics on corrosion", STP 1013, (1987), bIz. 119-132.
7. E.J. Ferguson and Wood: "Marine Microbial Ecology, Modern Biological Studies,
Chapman and Hall, Ltd. 1965, biz. 243.
8. B. Barker: "Mineralization of Organic Matter in the Sea Bedthe Rate of Sulphate Reduction",
Nature, vol. 296, apri11982, bIz. 643-645.
9. W.P. Iversion: "An Overview of the Anaerobic Corrosion of Underground Metallic
Structures. Evidence for a New Mechanism", Underground Corrosion, ASTM STP 741,
E. Escalante, ed., 1979, bIz. 33-52.
10. J.D.A. Miller, A.K. Tiller: "Microbial Corrosion of Buried and Inmersed Metal and Microbial
Aspects of Metallurgy", Medical and Technical Publishers, 1971, bIz. 61-105.
11. A.E. Ramm, D.A. Bella: "Sulfide Production in Anaerobic microcosms", Limnology
and Oceanography, vol. 19, nr. 1, 1974, bIz. 110-118.
12. P.W. Bolmer: "Polarization of Iron in HzS-NaSH Buffers", Corrosion, vol. 21, nr. 3,
1965, bIz. 69-75.
13. C.A. Willingham, H.L. Quimby: "Effects of Hydrostatic Presure on Anaerobic Corrosion
of Various Metals and Alloys by Sulphate Reducing Marine Bacteria", Developments
in Industrial Microbiology, vol. 12, 1970, biz. 278-284.
14. R.A. King: "Prediction of Corrosiveness of Sea Bed Sediments", Materials Performance,
vol. 19, nr. 1, 1980, biz. 243.
15. F.M. Reinhart: "Corrosion of Metals and Alloys in the Diep Ocean (final)", Civil Engineering
Laboratory, TR-834, National Technical Information Seminar 265, 1976.
16. J.S. Di gregorio, J.P. Fraser: "Corrosion Tests on the Gulf Floor", uit Corrosion in
Natural Enviroments, ASTM STP 558, 1974, bIz. 185-208.
17. RH. Wijngaard: "Steel piling corrosion in marine environments: a survey", report of the
Commission of the European Communities, Metaalinstituut TNO.
18. W.A. Schultze and C.F. van de Wekken: British Corrosion Journal, 1976, nr. 11, bIz.
18.
19. F. Blekkenhorst et al: British Corrosion Journal, 1986, nr. 21, bIz. 163.
20. H. von Rust: "Stahl im Wasserbau - ein Dauerthema im HTG (Hafenbau-technische Gesellschaft
e. V) - Ausschuss fur Korrosionsfragen". Mitgliederverzeichnis, mei 1995.
44

21. K.P. Fischer, B. Bue: "Corrosion and Corrosivity of Steel in Norwegian Marine Sediments",
uit de ASTM-publicatie STP 741 "Underground Corrosion", 1979, bIz. 24-32.
22. W.J. Schwerdtfeger: "Journal of Research of the National Bureau of Standards, Section
C", Engineering and Instrumentation, vol. 75C, nr. 2, Washington, DC.,
121.
1971, bIz. 107-
23. J.R. Fitzgerald, A.L. Cleas: "Corrosion Control for Foundation Piles", Piletalk Seminar
on Current Practices in Pile Design and Installation",
ated Pile and Fitting Corp., bIz. 49-58.
Miami Beach, Fla., 1978, Associ-
24. V. Nuernberger: "Korrosionsverhalten feuerverzinkter Baustaehle in ueberwiegend sandhaltigen
Boden", Werkstoffe und Korrosion, vol. 40, nr. 1 bIz. 7-16, januari 1989
25. J. Wu: "A study on the Macrocell Corrosion of Carbon Steel in Eight Chinese Soils", uit
het Symposium: "Corrosion Control - 7thAPCC, vol. 1, bIz. 589-592, China, 1991.
26. J.P. Persy: "Buries metal structures; durability and inspection",
(Paris), vol. 81 (10-11) bIz. 14-20, oktober, november 1993
Materiaux et Techniques
27. prENV 1993-5: "Eurocode 3: Design of steel structures - Part 5: Piling"
28. ISO-NEN
cation"
9223: "Corrosion of metals and alloys- Corrosivity of atmosphers. Classifi-
29. ISO-NEN 12944 deel 2: "Paints and varnishes-Corrosion
protective paint systems- Classification of environments" .
protection of steel structures by
30. S. Loubenski, V. Antonov: "Stress-Corrosion Cracking on Pipe Steels in Soils", Eurocorr'97,
Proceedings, vol. 1, bIz. 237-242.
31. ISO-NEN 12501: "Corrosion likelihood in soil"; Deel 1: "General"; Deel 2: "New
structures"; Deel 3: "Existing structures".
32. F. Blekkenhorst:
gustus 1995.
"Corrosievormen en hun beheersing", 9HB, Werktuigbouw, 0&0, au-
33. Profil Arbed: "Prevention of Accelerated Low-water Corrosion on Steel Piling Structures
due to Microbially Influenced Corrosion Mechanisms", february 1998.
34. S. Zhang, Y. Gao, Y. Yin, H. Li: "Investigation of Soil Corrosivity of Mild Steels", International
Academic Publishers, Xizhimenwai Dajie, Beijing.
45

4. BEPALING VAN DE BODEMAGRESSIVITEIT
De mogelijkheid om de corrosiviteit van de grond te voorspellen, uitgaande van de geo-chemie
van de grond, is van groot belang (doch moeilijk) bij het ontwerpen van een ondergronds
tunnelsysteem. Dit is in het bijzonder van belang voor het kunnen nemen van beslissingen bij de
keuze van de te gebruiken soort vulgrond (backfill) het type toe te passen coating, het we! of
niet toepassen van kathodische bescherming of het geven van een zekere corrosietoeslag.
In het verleden werd de corrosiviteit van een bepaalde grondsoort voomamelijk geevalueerd op
basis van de bijbehorende fysische en chemische karakteristieken van de grond, zoals opgeloste
zouten, pH, bacterien, zuurstofgehalte, bodemweerstand (zie hoofdstuk 2).
Tegenwoordig is de toepassing van statistische methoden om de corrosiviteit van een
grondsituatie te voorspellen zeer actueel.
Een en ander in tegenstelling tot de mening van sommige onderzoekers [1] volgens welke de
corrosiviteit van een grondsoort niet nauwkeurig kan worden afgeleid van alleen de chemische
samenstelling en fysische eigenschappen van de grond.
De in de praktijk meest toegepaste evaluatiemethoden om de agressiviteit van een bodemsoort
te bepalen worden hiema in het kort toegelicht. De in deze methoden gehanteerde aannames
zouden kunnen worden gebruikt om de corrosiviteit van de Nederlandse bodem, uitgedrukt in
concrete eenheden (b.v. in I-un/jr.) en uitgaande van de gegevens die door het NITG zijn
opgeleverd, vast te stellen.
Hier dient te worden opgemerkt dat, bij de voorspelling van de agressiviteit van een bodemsituatie
altijd van een maagdelijke, niet omgewoelde, grond wordt uitgegaan. In situaties waarbij
de grond wordt uitgegraven, terug in de uitgegraven sleuf gestort en vervolgens goed tegen de
aangelegde staalconstructie gestampt (eventueel met andere soort grond gemengd) kan de
werkelijke agressiviteit van de grond ter plaatse veel groter zijn dan deze oorspronkelijk was,
vanwege de ontstane inhomogene structuur en samenstelling van de grond (zie 2.9).
4.1 Classificatie van de agressiviteit van de bodem
In de praktijk komt het vaak voor dat levensduurvoorspellingen of keuzen van material en en beschermingssystemen
moeten worden gemaakt voor staalconstructies in de bodem, terwijl de
samenstelling van de grond niet (precies) bekend is en er geen tijd is voor het nodige
corrosieonderzoek. Dit komt vooral voor in de ontwerpfase van nieuwe constructies.
In zulke gevallen is het mogelijk om uitspraken te doen over de verwachte levensduur van een
constructie met behulp van analysemethoden voor de bepaling van de agressiviteit van de
bodem en/of van de corrosiegegevens vermeld in de intemationale standaards of van de
corrosiegegevens uit de praktijk. Enkele voorbeelden worden in dit en in het voorgaande
hoofdstuk weergegeven.
De meeste analyse- of rekenmethoden om ondergrondse situaties te kunnen beoordelen worden
in [47] uitvoerig behandeld.
46

Een complicatie die zich in de praktijk voordoet is het niet eenduidig kunnen karakteriseren van
bepaalde situaties in de grond, enkel en alleen uitgaande van de gepubliceerde corrosiegegevens.
In tegenstelling tot de atmosferische (micro)klimaten, (zie tabel 4 in hoofdstuk 3), is de
agressiviteit van de (micro)klimaten die onder de grond heersen (nog) niet in eenduidige en
goed hanteerbare klassen ingedeeld.
In de diverse agressiviteitklassen, worden in de literatuur vaak aanduidingen, aantasting ranges
en maatgevende eenheden gehanteerd die, qua grootte en aard, veel van elkaar verschillen.
Zo wordt de agressiviteit ingedeeld naar:
De bodemweerstand (O.cm), zie [51] en tabel 9.
De Redox-potentiaal (mV), zie tabellO.
De wegingsfactoren, volgens de ANSI- en DIN-methode, zie tabel 7.
De dikte- of gewichtsafuame van de stalen wand, uitgedrukt in mm/jaar respectievelijk
g/m2/jaar, zie de tabellen 2 en 3.
Vooruitlopend op de verwachte ontwikkelingen op het gebied van standaardisatie (Eurocodes en
ISO-normen) wordt in dit rapport, voor het karakteriseren en beoordelen van de agressiviteit van
een bepaalde bodemsituatie, derhalve gebruik gemaakt van de indeling in agressiviteitklassen
van de bodem volgens tabel 7.
4.2 ANSI-methode
In de USA is een methode ontwikkeld en genormaliseerd voor de (kunstmatige) evaluatie (of
voorspelling) van de corrosiviteit van de bodem. Deze methode wordt omschreven in ANSI
A21.5 [3] en wordt voornamelijk in Amerika toegepast door de American Water Works
Association (AWW A). Deze methode wordt ook vaak in de praktijk als basis gebruikt voor de
ontwikkeling van geavanceerde rekenmodellen.
Bij de evaluatie van plaatselijke grondsoorten volgens ANSI A21.5 wordt een puntensysteem
toegepast. Een rating van 10 punten of meer, volgens dit evaluatiesysteem, komt overeen met
een corrosiviteitsgraad van de grond van hoog tot zeer hoog en betekent dat er beschermende
maatregelen moeten worden genomen om het staal tegen corrosie te beschermen (b.v. coating of
KB).
Tabel 5 bevat de wegingsfactoren die in de ANSI-methode aan de verschillende
grondparameters, bij verschillende condities, worden toegekend. Het ratingsgetal bij een
bepaalde grondsituatie wordt verkregen door de cumulatieve som van alle wegingsfactoren.
Voorbeelden:
1. Stel een situatie in permanent vochtige grond waar alleen de pH (4-8,5), het sulfidengehalte
(sporen) en de redox-potentiaal (+ 40 mY) zijn gemeten. Volgens de waarden van tabel2 bedraagt
het ratingsgetal:
Redox + Sulfiden + Vocht = 3 + 2 + 2 = 7
Deze situatie is dus vergelijkbaar met die waar een elektrische bodemweerstand van ongeveer
1000 a.cm is gemeten (tabeI2).
47

2. In figuur 12 worden de resultaten grafisch weergegeven van een in Japan, met behulp van de
ANSI-methode, uitgevoerd bodemonderzoek in een maritieme omgeving [5]. Hieruit blijkt
dat zeeklei, humusrijke grond en sintellagen zeer agressief zijn en een zeer hoog risico vormen
voor het corroderen van staal.
3. In [52] wordt melding gemaakt van een goed werkend corrosiebeheersingsplan voor
ondergrondse stalen en gietijzeren leidingen in Amerika. Het systeem is gebaseerd op de
relatie tussen de grondparameters en de ANSI-methodiek.
Tabel5. Evaluatie bodemcorrosiviteit volgens de ANSI-methode, (ANSJlAWWA-standaard
c1 05/a21.5-93).
GRONDKARAKTERISTIEK PUNTEN GRONDKARAKTERISTIEK PUNTEN
Bodemweerstand (in n.cm) l!!!
< 700 10 0 tot 2 5
700 tot 1000 8 2 tot 4 3
1000 tot 1200 5 4 tot 6,5 0
1200 tot 1500 2 6,5 tot 7,5 0 (°)
1500 tot 2000 1 7,5 tot 8,5 0
> 2000 0 > 8,5 3
Redoxpotentiaal (in mY) Sulfiden
> + 100 0 Positief 3,5
+ 50 tot + 100 3,5 Sporen 2
0 tot + 50 4 Negatief 0

4.3 DIN-methode
Een eva1uatiemethode voor de cijfermatige bepa1ing van de bodemagressiviteit, die vaak in Europa
wordt toegepast en die vee1 op die van ANSI 1ijkt, wordt in DIN 50929 [4] en [6] omschre-
Yen. Deze methode is gebaseerd op een combinatie van 12 gese1ecteerde grondparameters en
bijbehorende wegingsfactoren. De grondparameters waarmee in deze eva1uatiemethode
rekening wordt gehouden zijn:
1. Het type grond
3. Het vochtgehalte
5. De buffercapaciteit
7. Het geha1te aan neutra1e zouten
9. De condities in de grond
11. De vertic ale homogeniteit
2.
4.
6.
8.
10.
12.
De bodemweerstand
De pH
Het su1fidengehalte
Het su1faatgeha1te
De horizonta1e homogeniteit
De e1ektrochemische potentiaa1
De wegingsfactoren kunnen tussen +4 en -12 varieren (hoe negatiever de waarde hoe agressiever
de condities voor het staal zijn).
De cumu1atieve som van de gevonden waarden in een bepaa1de grondsituatie geeft een
aanduiding van de mate van de agressiviteit. Een positief cijfer betekent "niet agressief' en een
negatieve waarde duidt op "agressief'.
In tabel 6 wordt een overzicht gegeven van de grondparameters en de hiermee corresponderende
DIN-factoren. De in de tabel verme1de wegingsfactoren vormen de basis van de DIN-methode
en kunnen worden afge1eid uit de analyses van de grond (DIN-factoren ZI tlm Zg) en uit de
beschikbare informatie over de 10ka1econdities (DIN-factoren Z; tlm Z12)'
Het onderzoek met betrekking tot de factoren Z9 tlm Z12en, indien mogelijk, ook voor factor Zz
za1 ter p1ekke, in het veld, p1aatsvinden. De analyses ten behoeve van de factoren ZI tlm Zg
zullen in het 1aboratorium worden uitgevoerd, gebruikmakend van representatieve grondmonsters
(de te vo1gen werkwijze wordt in [4] behande1d).
Voor een nauwkeurige beoorde1ing van een specifieke (loka1e) bodemsituatie moet men zo vee1
mogelijk DIN-factoren (per grondsituatie) eva1ueren. In [4] wordt aangegeven welke factoren en
welke formu1es moeten worden gebruikt voor de berekening van de grondagressiviteit bij
bepaa1de bodemsituaties (we! of geen aanwezigheid van be1uchtingverschillen in de bodem,
kathodische bescherming van het object, inhomogeniteit van de grond 1angs het tunne1traject,
etc.).
Zo kan bijvoorbee1d de agressiviteit (cumu1atieve wegingsfactor) Bo van de grond 1angs een
tunne1traject, waar zich geen noemenswaardige verschillen in samenstelling en be1uchting voordoen,
met behu1p van verge1ijking (1) worden berekend.
Indien de structuur van de grond inhomogeen is en concentratiecellen van enige omvang 1angs
het tunneltraject aanwezig zijn, dan wordt de a1gemene agressiviteit van de grond (B1) vo1gens
vergelijking (2) bepaa1d.
.=~+~+~+~+~+~+~+~+Z;
BI = Bo + ZII + Z12
(1)
(2)
49

In tabel 7 wordt de mate van agressiviteit van de bodem weergegeven, bij bepaalde grondsituaties,
gerelateerd aan de cumulatieve som van de wegingsfactoren vermeld in tabel 6.
Een regelrechte extrapolatie van de waarden, vermeld in deze tabel, naar de levensduur van een
staalconstructie is echter niet mogelijk, het blijft een kwalitatieve uitspraak.
In tabel 7 wordt tevens het risico vermeld voor het optreden van algemene (egale) of pitting- corrosie
in een bepaalde bodemsituatie.
In geval van pijpleidingen, vaten, ondergrondse voorraadtanks, etc. is het optreden van "pittingcorrosie"
levensgevaarlijk vanwege het gevaar voor lekkages. Bij andere staa1constructies, zoals
bijvoorbeeld bij tunnels, is de sterkte van de constructie het criterium en is dus het optreden van
"algemene corrosie" veel belangrijker.
Om de nauwkeurigheid van deze methode aan de praktijk te toetsen worden in tabel 8 enkele
praktijkgegevens uit de literatuur vergeleken met de waarden uit tabel 6. Uit de waarden van
tabel 8 blijkt dat de praktijkwaarden voor de corrosiesnelheid van staal onder weinig agressieve,
in matig agressieve en in agressieve omstandigheden goed overeenkomen met de richtwaarden
van tabel 7 (deze methode is dus goed bruikbaar in deze agressiviteitgebieden).
De waarden voor de corrosiesnelheid in zeer agressieve omstandigheden blijken echter nogal te
varieren (0,1-0,5 mm/jr.). Het is dan ook erg moeilijk om in dergelijke omstandigheden een uitspraak
te doen over de corrosiesnelheid bepaald volgens deze methode, reden waarom in tabel 8
slechts "> 0,050" wordt aangegeven.
Deze methode is dus niet geschikt voor de evaluatie van, bijvoorbeeld, zee- en meerbeddingen.
Opmerking:
In de reeds genoemde 1iteratuur [4] worden tevens factoren en formu1es verme1d voor de
bepa1ing van de agressiviteit van de grond voor andere material en dan staal, zoals thermisch
verzinkt staal, koper en roestvaststaal. Ook worden formu1es gegeven voor de berekening van
de corrosie in aanwezigheid van zeewater (ook ter plaatse van de splashzone), a1 dan niet bij
toepassing van kathodische bescherming.
50

Tabel 6. Wegingsfactoren voor de bepaling van de bodemagressiviteit voor staal volgens de
DIN-methode.
Grondparameter
Grondsoort
> 50.000 Ohm.cm
> 20.000 tot 50.000
> 5.000 tot 20.000
> 2.000 tot 5.000
1.000 tot 2.000
< 1.000
(1)
(Klei + Slib)-fractie is < 10%
(Klei + SIib)-fractie is > 10 tot 30%
(Klei + SIib)-fractie is > 30 tot 50%
(Klei + SIib )-fractie is > 50 tot 80%
(Klei + SIib)-fractie is > 80%
Kalk, Kalkmergel, Zand en/of Zandmergel
Leem, Leenmergel, Leernzand en/ofKleizand
KIei, Kleimergel of Humus
Veen, Slib en/of Laagveen
Organische koolstof in drassige grond, (turf, veen, leem,
moerasgas, etc.)
Ernstig verontreinigde grond (as, slak, afval, afvalwater,
koks, kolen, puin, etc.)
S]!ecifieke elektrische bodemweerstand
Verticale I!rondhomol!eniteit
(A) Constructie homogeen ingebed in grond het
(B)
(C)
"
"
"
"
"
dezelfde structuur of in zand (onberoerde
grond).
Idem. in machinaal omgewoelde grond
Constructie inhomogeen ingebed in ongeIijke
gronden en/of in gronden die vreemde stoffen
bevatten (hout, wortels, etc.)
(D) Het verschil tussen de wegingsfactoren (van de
(E)
bodemweerstand) van alIe aanliggende grondlagen
Iigt tussen 2 en 3
Idem. is groter dan 3
Factor Grondparameter (2) Factor
l!1
+4
+2
0
-2
-4
Zuurl!raad
~
pH>9
pH >5,5 tot 9
pH 4,0 tot 5,5
pH10 mg/kg)
Neutrale zouten (3)
Zouten < 3 mmollkg
Zouten > 3 tot 10 mmollkg
Zouten > 10 tot 30 mmollkg
Zouten > 30 tot 100 mmollkg
Zouten > 100 mmollkg
Sulfaat(4)
SulfaatgehaIte < 200 mg/kg
Sulfaatgehalte 200-500 mg/kg
SulfaatgehaIte 500-1000 mg/kg
Sulfaatgehalte > 1000 mg/kg
l!u Buffercanaciteit (5)
0
-1
-6
Zuur tot pH 4,3 (> 1.000 mmollkg)
idem. (200 tot 1.000 mmollkg)
idem. « 200 mmollkg)
Base tot pH 7 « 2,5 mmollkg)
idem (2,5 tot 5 mmollkg)
idem (> 5 tot 10 mmollkg)
idem (> 10 tot 20 mmollkg)
idem (> 20 tot 30 mmollkg)
idem (> 30 mmollkg)
-1
-6 V ochteehalte
< 20 gew.%
>20 gew.%
Afwisselende vochtbelasting
l!3
+2
0
-1
-3
l!4
0
-2
-3
-6
~
0
-1
-2
-3
-4
l!6
0
-I
-2
-3
Z,
+3
+ I
0
0
-2
-4
-6
-8
-10
l!.
0
-I
-1
51

Horizontale IZrondhomoeeniteit 2:;12 Metal to soil potentiaal (6) Z9
(A) De bodemweerstand van aile aanliggende percelen -600 tot -500 mV -1
is > 20.000 Ohm.cm + I -500 tot -400 mV -3
(B) Het verschil tussen de wegings-factoren (m.b.t de -400 tot -300 mV -8
bodemweerstand) van aile percelen is < 2 > -300 mV -10
(C) Idem. van aile percelen ligt tussen 2 en 3 0
(D) Idem. van aile aanliggende percelen is > 3 -2 Grondwater l;to
(E) Gelijksoortige grond langs het tunneltraject -4 Geen grondwater aanwezig 0
(F) Ongelijksoortige grond langs het tunneltraject 0 Grondwater aanwezig -I
(1) Samenstelling en structuur
(2) Chemische analyses volgens [47]
(3) Concentratie aan neutrale zouten in waterextract= conc. chloride + 2 * conc. sulfaat
(4) Geextraheerd met zoutzuur
(5) Zuurcapaciteit tot pH 4,3: (basiciteit Ka4,3) en Basecapaciteit tot pH7: (aciditeit Kb7,0)
-3 Wisselende grondwaterbelasting -2
(6) Potentiaal to.V. CuiCUS04' Indien geen potentiaalmetingen kunnen worden uitgevoerd (b.v. omdat er nog geen stalen object
onder de grond Jigt) en kooks- en koolstofdelen in de grond zijn aanwezig dan wegingsfactor -10 kiezen.
Tabel 7. Classificatie van de microklimaten in de grond in relatie tot de agressiviteit voor staal.
*
**
52
DIN- Classificatie van Corrosiesnelheid Kans op het optreden van
factor de grond * (mm/iaar)
**
Egale corrosie I Putcorrosie
>0 Zeer weinig agressief ~0,010 Uiterst groot Uiterst klein
0 Weinig tot matig agressiefmatiagraagressief 0,010-0,020 Zeer groot Zeer klein
-I tlm-3 Matig agressief 0,021 - 0,040 Groot Klein
-4 tlm -6 Matig agressief tot agressief 0,041-0,050 Middelmatig Middelmatig
-7 tlm-8 Agressief 0,051 - 0,100 Klein Groot
-9 tim-II Agressief tot zeer agressief 0,110 - 0,200 Zeer klein Groot
-12 tlm 15 Zeer agressief 0,210 - 0,500 Zeer klein Zeer groot
< -15 Bijzonder agressief ~0,500 Uiterst klein Uiterst groot
De indeJing in agressiviteitklassen zoals in dit rapport gebruikt wijkt iets afvan die venneld in [4].
Geprognosticeerde corrosiesnelheid van het onbeschermde constructiestaal.

Tabel 8. Vergelijking tussen voorspelde en werkelijke corrosie van staal in de bodem.
Refe- Classificatie Gemeten corrosiesnelheid Prognose corrosie
rentie van de grond (mm/ir.) snelheid (mm/jr.)
r31l Weinig agressief Nihil Max. 0,010
[32] Weinig agressief tot 0,012 Max. 0,020
r31l Matig agressief 0,012 Max. 0,020
[33] 0,010 Max. 0,020
[34] Matig agressief 0,010 Max. 0,020
[35] 0,012 Max. 0,020
[36] 0,002-0,010 Max. 0,020
[37] Matig agressieftot Agressief Gem. =0,012 Max. 0,050
Max. = 0,034
r361 Agressief 0,040 Max. 0,050
r341 Agressief tot Zeer agressief 0,10-0,20 Min. 0,050
[38] 0,27 Min. 0,050
[39] Zeer agressief 0,27-0,35 Min. 0,050
4.4 Bodemweerstand
0,50 Min. 0,050
0,18 Min. 0,050
Op grond van de resultaten van onderzoeken op eigen bodem [7, 8, 46] hebben de Zweedse
Staatsenergiebedrijven een indeling van de corrosiviteit van de grond gemaakt, gebaseerd op de
specifieke elektrische bodemweerstand. Ook in Amerika [9] en andere landen [47] zijn er, uitgaande
van de specifieke bodemweerstand, soortgelijke indelingen gemaakt.
In tabel 9 wordt een overzicht gegeven van de indeling voor het vaststellen van de corrosiebescherming
van stalen leidingen die in Zweden als grondslag dient.
In de praktijk blijkt dat, ondanks het feit dat het hanteren van de elektrische weerstand als maat
voor de bodemagressiviteit vrij algemeen wordt aanvaard [29], men voorzichtig moet zijn bij
het hanteren van een dergelijke evaluatiemethode. Zo zijn er her en der ervaringen gerapporteerd
in de literatuur waaruit blijkt dat dit niet altijd juist is [28]. Dit geldt vooral voor bodemcondities
waarin een sterke bacteriele activiteit heerst [30].
Ook voor die gevallen waar, bijvoorbeeld, de grond aan het oppervlak droog is terwijl de
diepgelegen lagen vochtig zijn ofwaar de samenstelling van de grond met de diepte varieert (zie
ook 8.6).
53

Tabel9. Zweedse bodemcorrosieschaal.
Corrosiviteit Condities Bodem weerstand (n.em)
Weinig tot zeer weinig eorrosief
Weinig tot zeer weinig corrosief
Droge bodem > 10.000
Voehtige bodem > 45.000
Matig eorrosief Droge bodem < 10.000
Matig eorrosief Voehtige bodem 15.000
Corrosief
Zeer eorrosief
4.5 Redox-potentiaal
Gemeten interval redoxpotentiaal
< 100 mV
100 tot 200 mV
Voehtige bodem 5.000-15.000
Voehtige bodem < 5.000
Een maat die in de 1iteratuur als referentie wordt gebruikt om de relatie tussen de chemische samenstelling
van de grond en de corrosiviteit ervan aan te geven is de Oxidatie-Reductie (redox)
potentiaal. Dit is de potentiaa1 van een platina e1ektrode in een elektro1yt versus de potentiaal
van de standaard waterstofelektrode. De redox-potentiaal van een grondsoort geeft een indicatie
van de verhouding tussen de geoxydeerde en gereduceerde species in die grond [10], van de
condities in de grond (aerobisch ofanaerobisch) en van de aanwezigheid van sulfaatreducerende
bacterien. Een redox-potentiaal hoger dan +100 mV betekent dat de grond voldoende aeroob is
en dat daar geen sulfaatreducerende bacterien aanwezig kunnen zijn. Redox-potentialen tussen 0
en + 100mV betekenen dat de condities in de grond zowe1 aerobische als anaerobische kunnen
zijn. Een negatieve redox-potentiaal geeft altijd aan dat in de grond anaerobische condities
heersen en dat, naar alle waarschijnlijkheid, sulfaat reducerende organismen actief zijn.
Uit een studie uitgevoerd door Starkey en Wight [11] bleek dat er een zekere re1atie bestaat tussen
de redox-potentiaal en de corrosiviteit van de grond, zoals in tabel10 wordt weergegeven.
In het algemeen geldt dat hoe lager de redox-potentiaal is des te hoger de corrosie.
Uit metingen uitgevoerd in Noorse marine sedimenten b1eek echter dat, in deze complexe ondergrondsoorten,
de redox-potentiaal geen goede correlatie met de agressiviteit vertoont [21].
TabellO. Relatie tussen redox-potentiaa1 en corrosiviteit van de grond.
200 tot 400 mV
> 400 mV
4.6 Statistische rekenmodellen
Corrosiviteit van de grond
Zeer eorrosief
Matig agressief
Weinig eorrosief
Niet eorrosief
Hoewel de reeds genoemde evaluatiemethoden in de praktijk zeer vaak worden toegepast bleek
het voorspellen van de corrosiviteit van een bodemsoort ten opzichte van staal, slechts uitgaande
54

van de chemische samenstelling en fysische eigenschappen hiervan, een uiterst gecompliceerde
opgave. Dit komt vooral omdat de aantasting van staal onder de grond meestal een zeer lokaal
karakter heeft. Zo is uit vele onderzoeken gebleken dat in de regel slechts 5 tot 10% van het
totale staaloppervlak gecorrodeerd is [12-15] (zie ook [24] en [25] in hoofdstuk 2).
Deze gelokaliseerde aantasting ("pitting corrosie"), bijvoorbeeld als gevolg van zwerfstromen,
betekent een moeilijk voorspelbare en abnormale verhoging van de corrosiesnelheid.
De laatste tijd is er (vooral in Japan) veel aandacht besteed aan het ontwikkelen van reken- of simulatiemodellen
waarmee het mogelijk is de corrosiviteit van de grond in een bepaalde situatie
vrij nauwkeurig te voorspellen zodat (b.v. tijdens de ontwerpfase) de nodige maatregelen ter
voorkoming van corrosie kunnen worden genomen.
In deze rekenmodellen wordt wel degelijk rekening gehouden met het mogelijke optreden van
pittingcorrosie. De toepassing van deze methoden kan dus zeer nuttig zijn in die situaties waar
een emstige aantasting van het staal, op grond van de bodemsituatie, kan worden verwacht.
In figuur 13 wordt de standaardprocedure, die bij de meeste rekenmodellen wordt gevolgd,
schematisch weergegeven om de uiteindelijke vergelijking, waarmee de corrosiesnelheid van
staal in een bepaalde situatie kan worden berekend, vast te stellen. In de jaren 70 werd door enkele
onderzoekers vastgesteld [16-18] dat er een zekere relatie bestond tussen de kans van het
optreden van corrosieschade en de logaritme van de specifieke elektrische weerstand van de
grond. Dit betekende dat die locaties waar de laagste weerstand werd gemeten en dus met de
hoogste kans van het optreden van schade door corrosie, kathodisch tegen corrosie werden beschermd.
Uit eerdere en verdere aanvullende onderzoeken werd aangetoond dat ook andere
grondparameters, zoals de Redox-potentiaal, zuurstof- en carbonaatconcentratie, etc., de mate
en vorm van de aantasting sterk konden be'invloeden [19-24]. Door ook deze parameters in de
berekeningen te betrekken werd de nauwkeurigheid van de methode aanzienlijk vergroot.
Stap 1: Verzameling van de gegevens
T
Stap 2: Studie van de gegevens
(Controle van abnormaliteiten en uitschieters)
T
Stap 3: Toepassing van elementaire statistiek
(gemiddelde, standaarddeviatie, histogrammen, etc.)
T
Stap 4: Eenvoudige correlatie-analyses
(Bepaling correlatiecoefficienten en kansdiagrammen)
Stap 5: Analyse voornaamste bodemparameters
T
(selectie en rangschikking van de variabelen)
T
Stap 6: Regressie-analyses
(vaststelling van de regressievergelijking)
Figuur 13. Werkwijze bij de uitvoering van statistische analysen.
T
55

In 1979 werd voor het eerst met succes op grote schaal een rekenmodel toegepast, gebaseerd
op de techniek van de Statistische Analyses met Multiple Variabelen (lineaire en niet-lineaire
regressie-analyses) voor de bepaling van de levensduur van ondergrondse tanks [25,26].
Later werd deze methode toegepast voor de bepaling van de levensduur van ondergrondse
gietijzeren leidingen, staalconstructies, en olie- en gasdistributiesystemen. [27].
Het ontwikkelde multiple regressie-analysemodel was gebaseerd op de algemene formule:
y= Bo + BI XI + B2 X2 + . . . Bk Xk + e (3)
Waarin:
Y is de afhankelijke variabele (b.v. de gemiddelde levensduur voor een bepaalde locatie)
Bo is een constante of de snijding met de Y-as
Xk is elke onafhankelijke variabele die de gemiddelde levensduur kan be"invloeden (b.v. de
bodemweerstand, het vochtgehalte, etc.)
Bk is de coefficient ontwikkeld voor elke onafhankelijke variabele gebaseerd op de relatieve
invloed van elke variabele op de gemiddelde levensduur en
e is de random afwijking met een normale kansverdeling, een gemiddelde gelijk aan nul en
een constante variatie
Om een idee te geven van de nauwkeurigheid van het model wordt in tabelll het aantal jaren
weergegeven totdat lekkage van de ondergrondse tanks werd geconstateerd en de gemaakte
levensduurvoorspellingen [27].
Tabel 11. V oorspelde levensduur versus werkelijke periode tot lekkage.
Locatie nr. Aantal iaren tot lekkage Voorspelde levensduur
1 18 16,8
2 18 16,5
3 6 10,8
4 16 16,8
5 30 29,3
6 29 28,5
7 29 29,9
8 32 28,2
9 32 31,8
10 28 28,6
11 28 31,6
Het is mogelijk (en wenselijk) om vergelijking (3) in een andere, eenvoudige, vorm weer te ge-
Yen, zoals bijvoorbeeld in de theoretische formule [44] waarin corrosie als een exponentiele
functie van de tijd wordt gesteld, namelijk:
Pmax=Ktn (4)
oftewel:
56

Log Pmax = log K + n log t (5)
Waarin:
Pmax
t
K,n
is de maximale putdiepte op het staaloppervlak
is de tijd dat de staalconstructie onder de grond zit (of de verwachte levensduur)
zijn de constanten die worden bepaald door middel van statistische analyses
De coefficient "K" is sterk afhankelijk van de grondparameters. Deze grondparameters worden
meestal in concrete kwantitatieve waarden uitgedrukt (gehaltes, weerstand, potentialen, etc.)
maar soms ook als niet kwantitatieve variabelen (klei, zand, maritieme omgeving, etc.).
De exponent "n" is de regressiecoefficient in de regressiediagrammen.
Het is duidelijk dat vergelijkingen (3) en (5) veel op elkaar lijken.
Wanneer "K" en "n" eenmaal zijn vastgesteld is het mogelijk om, met behulp van vergelijking
(5), de maximale corrosie (diepste put) die in een tijdsperiode van "t" jaren kan optreden te
voorspellen.
In 1991lukte het een Japans onderzoeksteam om, na een zeer uitgebreid onderzoek, de factoren
"K' en "n", behorende bij een zeer agressieve situatie onder maritieme sedimenten, vast te
stellen. Dit onderzoek wordt uitvoerig behandeld in [5].
Voor dit onderzoek werd een aantal gietijzeren pijpleidingen gebruikt die, al vele jaren, in een
zeer agressieve zeekleigrond lagen.
De bodem, een sedimentenlaag 1 miljoen jaar geleden gevormd bestond voomamelijk uit zeer
agressieve sintels, humus, veen, modder en kleibedden. De grond bevatte bovendien hoge
concentraties aan zout en zwavelverbindingen.
Nadat de bodemsamenstelling was vastgesteld werd een schatting van de agressiviteit daarvan
door middel van de reeds besproken ANSI A21.5-methode geevalueerd (zie fig. 12).
Uit deze evaluatie bleek dat de combinatie van zeeklei, humus en sintels zeer gevaarlijk voor
staal kan zijn.
Na het uitgraven van de pijpleidingen werden wanddikte- en corrosieputdieptemetingen uitgevoerd
en de pittingsfactor (dit is de diepte van de gemeten diepste put binnen een bepaalde zone
op het pijpoppervlak gedeeld door de gemiddelde putdiepte) per zone bepaald.
Vervolgens werden alle (gemeten) corrosiegegevens van de pijpleidingen verzameld,
gerangschikt en de correlatie van deze gegevens met de grondparameters statistisch onderzocht.
Uitschieters en tegenstellingen (geen correlatie) werden "gezeefd" en de normale statistische
waarden, zoals gemiddelden, standaarddeviatie, etc. aan de hand van histogrammen vastgesteld.
De logaritme van de pittingsfactor, uitgezet in een kanspapier als het variabel criterium, zoals
gebruikelijk in de extreme waarden statistiek, bleek zeer goed aan het profiel van een normale
kansverdelingfunctie te voldoen.
Dit betekende dat de relaties tussen de diverse grondparameters) en de gemeten "abnormale"
corrosie (diepste put) vastgesteld konden worden.
De volgende stap werd het bepalen van waarden voor de constanten Ken n van vergelijking (5)
met behulp van "multiple regressieanalyse" [45].
57

In dit onderzoek werd aangetoond dat de "pittingsfactor" (Po) van het staaloppervlak, onder de
in de grond heersende condities (zowel in aanwezigheid als in afwezigheid van zeeklei), met behulp
van de volgende regressievergelijking kon worden bepaald:
Po = Pmax / P gem = Km t 0,4
Waarin:
Po is de "pittingsfactor", dit is de diepte van het diepste put (Pmax) gedeeld door de
Km
gemiddelde putdiepte (Pge~' beide grootheden gemeten binnen eenzelfde zone op het
pijpoppervlak.
is de constante factor, karakteristiek voor de condities in de grond. Afhankelijk van de
agressiviteit van de bodem kan de waarde van Kmkleiner dan 1 (in geval van een weinig
agressieve bodem) of minimaal 1 (bij een agressieve tot zeer agressieve bodem) zijn.
t is de expositietijd van het staal in de grond, in jaren.
Ter illustratie worden in tabel 12 enkele waarden voor de constanten "K" en "n" van
vergelijking (5) weergegeven. Deze waarden zijn verkregen uit de talrijke gegevens die in de
literatuur worden vermeld.
Met behulp van de waarden uit deze tabel is het mogelijk om de maximale aantasting (Pmax)
van het staal gedurende een tijdsperiode te schatten.
Ais aanvulling hierop worden in dezelfde tabel enkele ruw geschatte waarden voor de
constante factor "Km" van vergelijking (6) gegeven, waarmee de "pittingsfactor" (Po) kan
worden berekend.
Tabel 12. Constante factoren en regressiecoefficienten karakteristiek voor de condities in de
grond.
Agressiviteitsklasse Constante Constante Regressiecoefficient n
van de bodem Km K
Weinig agressief 0,70 0,95
Vrij recent (1995) is geprobeerd voomoemde rekenmethode verder te perfectioneren door middel
van een grondig onderzoek, uitgevoerd in Japan. Dit onderzoek en de resultaten ervan worden
zeer nauwkeurig beschreven in [43].
Ais testcase werd een 159 m lange gietijzeren pijpleiding gebruikt, die al17 jaar onder de grond
met zanderige mariene sedimenten lag.
58
(6)

Eerst werden de 21 grondparameters (of variabelen) verme1d in tabel13 (fractie van deeltjes

Varia- Pmax PIS EcolT P/S- Clay SG p d We pH Eh Fe2+ FeS sol- HC03 SRB
bel EcolT -
Pmax 0.209 -0.147 0.406 0.132 -0.345 0.134 0.089 0.250 0.017 -0. 118 -0.11 0 0.414 -0. 181 -0.138 0.390
PIS 0.619 0.401 0.122 -0.289 0.322 -0.611 -0.255 0.531 -0.341 0.428 0.240 -0.471 0.251 -0.019
EcolT -0.472 0.280 -0.095 0.758 -0.740 -0.632 0.173 0.143 0.136 -0.234 -0.507 0.328 -0.266
P/S- -0.190 -0.214 -0.523 0.177 0.450 0.395 -0.550 0.322 0.542 0.064 -0.100 0.289
EcolT
Clay -0.220 0.371 -0.458 -0.084 0.086 -0.103 -0.167 0.107 -0.252 -0.137 -0.062
SG -0.446 0.246 0.238 0.227 -0.084 -0.072 0.171 0.241 0.241 -0.021
p -0.709 -0.592 -0.228 0.426 -0.017 -0.436 -0.523 -0.042 -0.381
d 0.351 -0.426 0.137 -0.270 -0.096 0.560 -0.093 0.393
We 0.167 -0.073 -0.136 0.325 0.045 -0.272 -0.11 0
pH -0.686 0.515 0.647 -0.134 0.445 -0.158
Eh -0.454 -0.818 -0.118 -0.285 -0.160
Fe2+ 0.384 -0.067 0.121 -0.112
FeS 0.081 0.075 0.097
sol- -0.042 0.145
HC03- -0.019
SRB
Tabel14. Corre1atiecoefficienten van de grondparameters bepaald m.b.v. regressie-analyse.
I
81
n::
1!
I
5
4
is"
0%
G 41
lit
.
G,
0
(11
.. S iii
~.(mm)

Bij een ander onderzoek in 1979 lukte het om, aan de hand van multivarianten statistische
analysetechnieken, een evaluatie te maken van een uitgebreide reeks corrosiemetingen in de
grond, gerelateerd aan de bijbehorende grondparameters en aan de hand van deze evaluatie het
gemiddelde aantal jaren te voorspellen totdat storingen, als gevolg van corrosie, optreden.
Informatie over dit systeem wordt in [48] uitgebreid behandeld.
Uit een inventarisatie van de opgetreden schade als gevolg van corrosie bij meer dan 22.000 ondergrondse
staa1constructies, uitgevoerd in 1990, bleek dat het niet mogelijk is om, uitgaande
van de grondkarakteristieken, rechtstreeks verantwoorde voorspellingen inzake corrosie te doen.
Het bleek wel mogelijk om vrij nauwkeurige voorspellingen te doen door middel van
multivariabele regressie-analyses, wanneer de "tijd tot storing door corrosie" als de normale
variabele werd gesteld.
Ook bleek op grond van deze studie dat verder onderzoek ter verfijning van de rekenmethode
om de levensduur van de constructies te kunnen voorspellen nog wel nodig was [49].
In [49] wordt tevens een aantal statistische methoden, die in het verleden zijn toegepast voor de
voorspelling van de corrosiesnelheid van staal onder de grond, besproken en geevalueerd.
Een nieuwe tak van de wiskunde, die in 1995 voor het eerst werd toegepast om de correlatie te
vinden tussen de bodemsamenstelling en zijn agressiviteit, zijn de "Fuzzy clustering analyses".
Uit de resultaten van de uitgevoerde studie bleek dat de fuzzy-techniek heel goed kan worden
toegepast voor de bepaling van de bodemagressiviteit in een bepaalde situatie [50].
4.7 Elektrochemische technieken
Zoals reeds besproken, geschiedt de evaluatie van de agressiviteit van een bodemsituatie in de
praktijk vaak volgens een van de hiervoor behandelde evaluatiemethoden. Hierbij worden de
diverse parameters, die de fysische en chemische karakteristieken van de grond weergeven,
onafhankelijk van elkaar in relatie tot hun invloed op de corrosie van het desbetreffende metaal
geevalueerd en de cumulatieve som van de wegingsfactoren wordt als een empirische maat
gebruikt voor de corrosiviteit van de grond [40].
De onderzoekers Kasahara en Kajiyama [1] kwamen, na een gedegen studie van het onderzoek
uitgevoerd door Penhale [2], echter tot de conclusie dat de corrosiviteit van een grondsoort niet
nauwkeurig genoeg kan worden afgeleid uit alleen de chemische samenstelling en fysische
eigenschappen van de grond. Volgens hen was de enige realistische benadering de directe
bepaling van de corrosie van staal in de grond.
Een probleem bij de directe agressiviteitsmetingen in het veld, bijvoorbeeld door middel van het
conventionele gewichtsverlies van ingegraven corrosiecoupons, is dat deze vrij langdurig zijn en
dus weinig realistisch. Daamaast zijn de hiermee verkregen corrosiegegevens niet altijd even
betrouwbaar, tenzij er een redelijk groot aantal corrosiecoupons wordt ingezet.
am aan deze problematiek het hoofd te kunnen bieden hebben genoemde onderzoekers
elektrochemische technieken ontwikkeld en toegepast waarmee de corrosiviteit van een grondsoort
zeer snel kan worden vastgesteld. Een techniek die zich, zelfs bij grote dieptes, goed 1eent
voor de directe toepassing in het veld berust op het bepalen van de polarisatieweerstand van een
61

stalen elektrode die in de grond is ingegraven. Een andere techniek, die meer voor het werk in
het laboratorium geschikt is, is gebaseerd op de meting van de elektrochemische AC Impedantie
[1], Beide technieken worden hiema besproken,
4.7.1 Polarisatieweerstand
De metingen in het veld worden uitgevoerd met behulp van relatief eenvoudige meetopstellingen,
met als basiscomponenten:
Polarisatiecellen (bestaande uit drie of vier elektroden);
Een (aangepaste) potentiostaat, voorzien van een stappengeneratoren
Een recorder of oscilloscoop voor de continue registratie van de dE/dI -waarden in de tijd,
Figuur 15 toont een "vier elektrodenpolarisatiecel", die in de grond is ingegraven.
"',
"".'
150
. ::. ~.:. ..;~.. ~.~.... ",II.." ." I.' .
y~;!~ ~(~: I> >/
REFERENCE ELECTRODE
)
(Cu/Cu 504 .ot
;;'~
d
.,-
,:"°.:' .0;;'> ~ ",of .~". ",,,
0
".
...~:::: ::;< '
CET
.(~: :~::::;':", §
'., ".','
.~, ~'. '~,
WORKING ELECTRODE~ :'" ',','
(LOWCARBON STEEL)
" '
.
. :. . '
",,':'~(
'::",
'':" 1

Door de combinatie van vergelijking (7) en de vergelijking van de wet van Faraday kan worden
afgeleid dat de algemene (of gemiddelde) corrosiesnelheid Cs van een metaal of legering met
behulp van de volgende formule kan worden bepaald:
Cs = E G (Bt'Rp ) (KIF d)
waann:
EGis het equivalent gewicht van het metaal of de legering, gerelateerd aan het atoomgewicht,
K
F
d
de valentie en de verhouding van elk metallisch element in de legering,
is de constante waarde om de corrosiesnelheid in mm/jr te kunnen uitdrukken,
is de constante van Faraday (96.487 Coulombs/gram-equivalent),
is de soortelijke massa van het metaal oflegering in gicm3.
Door Kasahara en Kajijama is aangetoond dat de constante "B" van vergelijkingen (7) en (8)
ongeveer gelijk was aan 11,2 mY.
De waarde van de polarisatieweerstand is geen vast gegeven; deze kan met de expositietijd veranderen.
Dit wordt gei11ustreerdmet de grafiek van figuur 16, die het verloop van de polarisatieweerstand
van staal in diverse grondsoorten, als functie van de tijd, weergeeft.
Uit deze grafiek blijkt duidelijk dat de initiele polarisatieweerstand (Rpinit),dit is de waarde
dIldE gemeten kort nadat (b.v. na 1 dag) de meetcel in de grond is gestopt, veel hoger ligt dan
de polarisatieweerstand na bijvoorbeeld 30 dagen.
Hoe de relatie tussen de corrosiesnelheid en de polarisatieweerstand precies ligt is dus
afhankelijk van het tijdstip waarop de polarisatieweerstand wordt bepaald.
63
(8)

N
E
u
c;
20
15
.. I
9 10
M
a.
tr.
......
A clay loom
" organic soiI
0 clay
. sill loam
0 sondy loom
. sand
Time
(day)
~~-=U
200 300
Figuur 16. Verloop van de polarisatieweerstand in de tijd, voor diverse grondsoorten.
Door invulling in vergelijking (8) van alle bekende waarden blijkt dat de gemiddelde
corrosiesnelheid van C-staal onder de grond (Cs), indien men de gemiddelde Rp heeft bepaald,
rechtstreeks met behulp van de volgende formule kan worden berekend:
Cs = 130 / Rp (in mm/jr) (9)
waarin Rp is het gemiddelde uit een aantal Rp-metingen gedurende een lange tijdsperiode
Gebruikt men echter de initiele polarisatieweerstand (Rpinit),dan kan de corrosie worden geschat
met behulp van de formule:
Cs= 6310 / (Rpinit)J.5 (in mm/jr) (10)
Ter illustratie worden in tabel 15 de geschatte waarden van de polarisatieweerstanden (Rp en
Rpinit) voor de diverse agressiviteitklassen in de grond weergegeven, berekend uit de
corrosiesnelheden van tabel 7.
64
I

Tabel15. Polarisatieweerstand in de grond.
Agressiviteitk1asse van de bodem Rp-waarden RpiniCwaarden
(in O.cm2) (in O.cm2)
Weinig agressief > 13.000 > 7.357
Weinig tot matig agressief > 6.500 > 4.635
Matig agressief > 3.250 > 2.920
Matig agressieftot agressief > 2.600 > 2.516
Agressief > 1.300 > 1.585
Agressief tot zeer agressief > 650 > 999
Zeer agressief > 260 > 542
Bijzonder agressief < 260 < 542
Dat de initiele polarisatieweerstand, ook zonder problemen, kan worden gebruikt voor de schatting
van de corrosiesnelheid van staal blijkt duidelijk uit figuur 17.
De grafieken van deze figuur laten duidelijk zien dat er een rechtstreeks verb and be staat tussen
de corrosiesnelheid, gemeten in diverse grondsoorten, en de initiele polarisatieweerstand.
......
>ro
'- EE
10-1
~ 10-2
~
c
0
';;
~ 0
u
10.3
Figuur 17.
0
t:>
0 clay
. silt loam
()
organic soil
A sill
0 sandy loam
. sand
101 10 102
( 1 / Rp)iNI. X 10--4( n cmz rl
Relatie tussen de corrosiesnelheid en de initiele polarisatieweerstand, gemeten direct
na de expositie van de stalen elektrode in de grond.
65

In tabel 16 wordt een overzicht gegeven van de werkelijke, in het veld gemeten,
corrosiesnelheden en de, met behulp van vergelijking (9), geschatte corrosiesnelheden van staal,
na circa 100 dagen expositie.
In die gevallen waar de verschillen tussen de gemeten en voorspelde corrosiesnelheid erg groot
waren, zoals in geval van de monsters 2,5 en 11, blijken de proefpanelen zeer lokaal en putvormig
te zijn aangetast.
Hieruit kan worden geconcludeerd dat bij putvormige aantasting de relatie tussen de polarisatieweerstand
en de corrosiesnelheid anders moet zijn dan vergelijking (9) aangeeft.
De algemene indruk is dat deze methode een vrij goede indicatie geeft over de agressiviteit van
een bodemsituatie, maar dat verder onderzoek nog steeds nodig wordt geacht, zodat de correlatie
tussen de corrosiesnelheden in het veld en in het laboratorium nauwkeuriger wordt.
Tabell6. Vergelijking tussen gemeten en geschatte corrosiesnelheid.
Monstemr. Gemeten (in I1m/jr.) Geschatten
1 63 45
2 160 80
3 53 59
4 90 89
5 179 55
6 45 64
7 94 64
8 81 80
9 45 98
10 58 52
11 172 48
12 40 74
13 86 48
14 48 89
15 26 48
16 33 42
17 46 54
18 57 55
19 47 59
20 96 52
(in IJ,m/jr.)
4.7.2 AC Impedantiemetingenin het laboratorium
Voor de metingen in het laboratorium worden meestal grondmonsters gebruikt die genomen zijn
langs het traject van de ondergrondse staalconstructie.
De metingen worden uitgevoerd met behulp van complexe meetapparatuur, speciaal ontwikkeld
voor de Elektrochemische AC lmpedantietechnieken, zoals bijvoorbeeld een "Solartron
1250/1286" ECl potentiostaat. De basis voor de meetmethode werd destijds door genoemde Japanse
onderzoekers gelegd [1].
66

De monstemame en voorbereiding van de grondmonsters voor de elektrochemische metingen,
alsmede de geautomatiseerde uitvoering van de AC Impedantiemetingen, de vorm van de elektroden
en de interpretatie van de meetgegevens worden in [42] behandeld.
De voor de impedantiemetingen te gebruiken corrosiecel wordt in [1] beschreven. Figuur 18 laat
een schetsje van de constructiedetails van de corrosiecel zien.
Een schema van de opstelling voor de impedantiemetingen wordt in figuur 19 weergegeven.
b
'.
.
.'
a.
Figuur 18. Corrosiecel gebruikt voor de bepaling van de aantasting van staal onder de grond.
Toelichting:
a = Grond-slurry;
c = Test-elektrode;
e = Referentie-elektrode.
b = Perspex-plaat;
d = Tegenelektrode;
(alle elektroden liggen op een lineaire afstand van 10 mm).
De Nyquist-diagrammen, die worden verkregen tijdens de metingen in de grond met behulp van
genoemde techniek, laten meestal een halve cirkelvormige responsie zien, welke met een
"Randles Equivalent Circuit" voor het corrosieproces overeenkomt (zie fig. 20 links). Dit circuit
is een combinatie van een elektrische weerstand en een condensator, parallel aan elkaar
geplaatst.
De waarde van de weerstand komt overeen met de diameter van de halve cirkel in de Nyquistplot.
De "polarisatie weerstand" (Rp) van het corrosieproces kan hieruit worden bepaald door de
waarde van de weerstand met het contactoppervlak van de stalen werkelektrode te vermenigvuldigen.
In het begin werd de polarisatie weerstand door Kasahara en Kajijama bepaald, uitgaande van
de "Bode"-representatie van de impedantiegegevens [1]. In zo'n Bode-diagram worden de gemeten
impedantiewaarden weergegeven als de grafische voorstelling van de logaritme van de
frequentie versus de "impedantiemodulus" (zie fig. 20 rechts). De afstand in deze grafiek tussen
de twee verschillende plateaus bij hoge en lage frequenties is de waarde van de "Randles resistor".
Deze methode is equivalent aan die van de reeds genoemde Nyquist-plot.
67

I
Disk drives
, Frequenc:y
response
I
o.no.lyser
i
c;1
CI
O)!
i.1:
wi

De corrosiemetingen werden uitgevoerd in grondmonsters afkomstig uit 22 locaties langs de
pijproute. De samenstelling van de grondmonsters varieerde van klei met een hoge plasticiteit
tot klei-zand-mengsels van lage plasticiteit.
Uit de elektrochemische metingen b1eek de corrosiesnelheid van het staal tussen 20 en 180
I-un/jr.te schommelen.
De morfologie van de aangetaste coupons verschilde van geval tot geval. Bij sommige coupons
was het oppervlak zeer plaatselijk en sterk aangetast.
De gemeten corrosiepotentiaal van de stalen werkelektrode in de diverse grondmonsters varieerde
tussen -800 mV en -820 mV t.o.v. de Cu/CuS04-referentie-elektrode. Deze extreem negatieve
potentiaalwaarden zijn karakteristiek voor de agressieve kleigrondsoorten.
In [42] wordt de proef goed omschreven, met vermelding van de gevonden grondsamenstellingen,
de gemeten corrosiesnelheden en de gevonden relaties tussen corrosie en bodemkarakteristieken.
Naar de mening van de onderzoekers was de Nyquist-plot-methode te prefereren boven de
Bode-plot-methode.
Opmerking: In de literatuur wordt weinig gepubliceerd over een evidente corre1atie tussen de
met de Impedantietechniek in het laboratorium gemeten en de in het veld gemeten
corrosiesnelheden. Dit komt voornamelijk doordat de corrosieresultaten uit laboratoriumtesten
vaak sterk methode-afhankelijk zijn.
4.8 Literatuur
1. K. Kasahara en F. Kajiyama: "Determination of underground corrosion rates from Polarization
Resistance Measurements", Corrosion, 39, No. 12, December 1983, pag. 475-
480.
2. H.R. Penhale, New Zealand Journal of Science, 14, 1971, pag. 336-353.
3. ANSI/AWWA C 105/A21. 5-93: "Polyethylene Encasement for Ductile-Iron Pipe Systerns",
American National Standard, American Water Works Association.
4. DIN 50929 Part 3: "Corrosion of Metals. Probability of Corrosion of Metallic Materials
Under External Corrosion Conditions. Pipelines and Structural Component Parts in Soil
and Water".
5. Y. Katano, H. Jigami en J. Iwamatsu: "Life Prediction for Pipes in Aggressive Soils".
Uit het boek:" Life Prediction of Corrodible Structures, bIz. 334-352.
6. W. Von Baeckmann e.a.: "Handbook of Kathodic Protection", Verlag Chemie Gmbh,
1971.
7. K.F. Triigardh: "Protection against the underground corrosion of steel", Kungl. Vattenfallsstyrelsen,
Stockholm (1956).
8. K.F. Triigardh: "Protection de l'acier contre la corrosion souterraine", Corr. & Anticorr.,
6 (1958), bIz. 292-297.
9. F.O. Waters: "Soil Resistivity Measurements for Corrosion Control", Corrosion, vol. 8,
nr. 12, 1952, bIz. 407.
10. W.P. Iverson: "Tests in Soils", Handbook on Corrosion Testing and Evaluation, W.B.
Ailor, John Wiley and Sons, New York, 1971, bIz. 575.
69

11. R.L. Starkey, K.M. Wight: "Anaerobic Corrosion of Iron in Soil", American Gas
Association, New York, 1945, bIz. 99.
12. M. Romanoff: "Underground Corrosion", Nat. Bureau of Standards, Circ. 579 (1957),
biz. 107-117.
13. "ExternalCorrosion - Introduction to Chemistry and Control", AWWA Manual nr. M27,
American Water Works Assn., Denver, CO, 1987.
14. J.R. Meyers: "Fundamentals and Forms of Corrosion", Civil Engineering School of the
Air Force Institute of Technology, Wright Air Force Base, OH, oktober 1974.
15. H.H. Uhlig, R.W. Revie: "Corrosion and Corrosion Control", John Wiley & Sons, New
York, 1985, bIz. 178-186.
16. B. Husock: "Amethod for Evaluating Corrosion Activity on Bare Pipelines", paper gepresenteerd
bij de Annual Convention of the NACE, Anaheim, CA, maart 1973.
17. B. Husock: "A Statistical Probability Method for Soil Resistivity Determination", IEEE
paper nr. A79-077-9, IEEE, New York, 1979.
18. W.W. Steinert: "Use of Extreme Value Statistical Theory in the Evaluation of Corrosion
Problems", paper gepresenteerd bij de Northeast Regional Conference, NACE, Hartford,
CN, oktober 1975.
19. E. Schaschl, G.A. Marsh: "The effect of Dissolved Oxygen on Corrosion of Steel and on
Current Required for cathodic protection'" corrosion, april 1957.
20. K.H. Logan, S.P. Ewing, LA. Denison: "Soil Corrosion Testing", Symposium on Corrosion
Procedures, ASTM, 1937.
21. K.H. Logan: "Engineering Significance of National Bureau of Standards Soil Corrosion
Data", Journal of Research, NBS, Washington, DC, 1939.
22. "Procedures for Evaluating Pipeline Replacement, a Manual", East Ohio Company, Cleveland,
OH, 1979.
23. A. Kumar, M. Bergerhouse, M. Blyth: "Implementation of a Pipe Corrosion Management
System", paper nr.312, NACE-Annual Conference, San Francisco, CA, maart
1987.
24. R.S. Munn: "Microcomputer Corrosion Analysis for Structures in Inhomogenous Elektrolytes",
paper nr. 50, NACE- Annual Conference, Houston, TX, maart 1986.
25. D.H. Kroon: "Integrity Assurance Program for Underground Storage Tank Systems",
paper gepresenteerd bij de NACE-National Conference, San Francisco, California, maart
1987.
26. W. Rogers: "Report by Special Task Force on Underground Storage Tanks", apendix E,
Petroleum Council for the Protection of Canadian Enviroment, Toronto, 1980.
27. J.B. Bushman, T.E. Mehalick: "Statistical Analysis of Soil Characteristics to Predict
Mean Time to Corrosion Failure of Underground Metallic Structures", uit ASTM-publicatie
STP 1013: "Effects of Soil Characteristics on Corrosion", 1989.
28. W.A. Van Eck: "Preceedings", 11thAnnual Underground and Corrosion Short Course,
West Virginia University Engineering Experimental Station Bulletin, nr. 80, biz. 125-
137.
29. J. Williams: Bibliografy on Underground Corrosion Materials Performance, vol. 21, nrs.
1, 2, 3, 1982.
30. J.D. Palmer: "Soil Resistivity- Measurements and Analysis", Materials Performance,
vol. 13, nr. 1, januari 1974.
70

31. Spundwand-Handbuch: "Berechenung Korrosion und Lebensdauer", Hoesch Hiittenwerke
A.G.
32. F. Brackemann: "Stahlspundwandbauwerke im Wasserbau; Entwicklung, Anwendung,
Konstruktion und Lebensdauer.
33. G. Stiidemann: "Korrosionschutzmassnahmen bei Stahlspunwanden im Wasserbau",
Berlin, Die Bautechnik 10, oktober 1966.
34. W. Semeins: "Stalen Damwand", Land + Water, 14e jrg., nr. 1, januari/februari 1970.
35. Empfehlungen des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen": Korrosion bei Stahlspundwanden
und Gegenmassnahmen (E35), 1071.
36. K. Tungesvik: "Investigations of Corrosion Rates on Steel Piles in Norwegian Marine
Sediments", Norw. Geotech. Inst., Oslo, 7e Scandinavische Corrosie Congres, Trondheim,
Noorwegen, 28-28 mei 1975, bIz. 487-502.
37. F. Brackemann: "Bauwerke rnit Stahlspundwanden", Dortmund, 1986.
38. G. Wollin: "Ausschuss fur Korrosionsfragen", Hamsa-106, 1969, nr. 23.
39. G. Wollin: "Ausschuss fur Korrosionsfragen", Hamsa-101, 1964, nr. 21.
40. P. H. Ferguson: "Soil Testing for Corrosion Assessment", paper 14 Proceedings of the
25th Australasian Corrosion Associacion, 11-15 november 1985.
41. M. Stearn, A.L. Geary: "J. Electrochem. Soc., 104, 1957, biz. 56.
42. H.J Flitt, C. Spero, P.M. Ferris: "Prediction of Mild Steel Corrosion Rate in Clay
Soils". Uit het boek:" Life Prediction of Corrodible Structures, biz. 322.
43. F. Kajijama, Y. Koyama: "Statistical Analysis of Field Corrosion Data for Ductile Cast
Iron Pipes Buried in Sandy Marine Sediments", Corrosion, vol. 53, nr. 2, februari 1997.
44. H.H. Uhlig: "Corrosion and Corrosion Control", (John Wiley & Sons Inc., 1967), bIz.
154.
45. Y. Tanaka, K. Wakimoto: "Methods of Multivariate Statistical Analysis", (Gendai-
Sugaku-Sha, 1983).
46. G. Wranglen: "Metallers Korrosion och Ytskydd", Almqvist and Wiksell, Stockholm,
1967, bIz. 142.
47. H. Steinrath: "Untersuchunsmethoden zur Beurteilung de Aggressiviteit von Boeden",
DVGW (D), 1966.
48. J.B. Bushman, T.E. Mehalick: "Statistical Analysis of Soil Characteristics to predict
Mean Time to Corrosion Failure of Underground Metallic Structures", uit NACE publicatie
STP 1013: "Effects of Soil Characteristics on Corrosion", Cincinnati, Ohio, USA,
12 mei 1987.
49. W.F. Rogers: "Statistical Prediction of Corrosion Failures", Materials Performance, vol.
29 (6) bIz. 40-44, juni 1990.
50. H.C. Lin; C.N. Cao; C.L. Song: "A new Technique for Correlation of Underground
Corrosion", Corrosion, vol. 51(7) bIz. 491-497, juli 1995.
51. F.P. Miller, J.E. Foss en D.C. Wolf: "Soil Surveys: Their Synthesis, Confidence Limits
and Utilization for Corrosion Assessment of Soil", uit NACE publicatie STP 741: "Underground
Corrosion", augustus 1981.
52. J.D Palmer: "Environmental Characteristics Controlling the Soil Corrosion of Ferrous
Piping", ASTM, Philadelphia, Pennsylvania, STP 1013, bIz. 5-17.
71

5. MATERIAALTOEPASSINGEN IN DE BODEM
In dit hoofdstuk worden de verschillende aspecten van het wel of niet toepassen van diverse
materialen in de ondergrondse bouw nader toegelicht De voomaamste aspecten waarmee bij de
beschouwingen rekening wordt gehouden zijn corrosie en repareerbaarheid.
In overeenstemming met de beslissing van de stuurgroep van het CUR/COB project M-6l0
wordt hier alleen de toepassing van bekleed en onbekleed ongelegeerd en microgelegeerd staal
(geen betonstaal) behandeld. Bij wijze van uitzondering wordt hier ook het gebruik van roestvaststalen
bevestigingsmiddelen zoals bouten, moeren en zelfborende plaatschroeven meegenomen.
5.1 Diverse staalkwaliteiten
Ongelegeerd staal werd in de jaren 60 op grote schaal ingezet ter vervanging van het oude
(grijze) gietijzer, in de veronderstelling dat de corrosieweerstand van het eerstgenoemde op zijn
minst even groot was als van dit laatste [28].
In de literatuur wordt vaak gerapporteerd dat staal inderdaad een betere corrosieweerstand bezit
dan (grijs) gietijzer [29]. Maar ook tijdens een literatuuronderzoek, geleid door "Canada's National
Research Council", werd aangetoond dat de corrosiesnelheid van alle ferro-materialen,
inc1usief gietijzer, onder de grond ongeveer gelijk was [30].
Dat in de literatuur ook melding wordt gemaakt van het (to.v. gietijzer) vroegtijdig falen van
stalen leidingen moet worden toegeschreven aan het feit dat de wand van de stalen leidingen
altijd dunner was dan die van de gietijzeren leidingen, bij gelijke inwendige druk.
Uit een in Duitsland uitgevoerd onderzoek met de staalkwaliteiten Fe 360, Fe 430 en Fe 510,
alsmede met diverse andere gebruikelijke staalsoorten met een treksterkte van minimaal 510
N/mm2 werden er geen significante verschillen in het corrosiegedrag van deze material en
waargenomen bij plaatsing onder de grond [2] en [4].
Algemene opmerking: Meestal gedraagt het laselektrodemateriaal, dat gebruikt wordt voor het
lassen van staal zich, anodisch ten opzichte van de tunnelwand (preferente aantasting van de lasnaad).
Alleen wanneer koperhoudend draadmateriaal wordt gebruikt gedraagt de lasnaad zich
kathodisch ten opzichte van de rest Om de galvanische effecten ("galvanische corrosie") op de
lasnaden te voorkomen dient de keuze van het te gebruiken lasmateriaal met veel zorg te
geschieden.
5.2 Cladstaal
Onder de term "c1adstaal " verstaat men doorgaans een materiaal dat is opgebouwd uit een constructiestaal
dat een- of tweezijdig is voorzien van roestvast staal. Fabricage geschiedt doorgaans
door middel van walsplateren of explosief c1adden.
Het idee is afkomstig uit de reeds genoemde nadelen van roestvast staal, namelijk de kosten en
de mechanische eigenschappen. De toepassing is gebaseerd op het uitgangspunt dat de mechanische
sterkte wordt geleverd door het constructiestaal en dat de bescherming tegen de milieuinvloeden
door de c1adlaag wordt verzorgd. Voorbeelden van deze toepassing zijn veelvuldig te
vinden in de petrochemische industrie.
72

Voor de specifieke toepassing bij ondergronds bouwen moeten onderstaande punten emstig in
overweging worden genomen:
- Bij het vormgeven van onderdelen in c1adstaal moet terdege rekening worden gehouden met
het specifiek verschillend vervormingsgedrag van de lagen.
- Voor het toepassen van een lastechniek voor het verbinden wordt een zeer uitgebreide vakkennis
vereist.
- Niet alle materiaalcombinaties, dikten en afmetingen zijn verkrijgbaar.
Conc1uderend moet worden opgemerkt dat het gebruik van c1adstaal voor deze specifieke toepassingen
in dit project niet als eerste voor de hand ligt. Zowel de prijs van c1adstaal als de
problematiek bij de verwerking zijn remmende factoren.
5.3 Weervast staal
Weervast constructiestaal is in drie categorieen in te delen op basis van zijn chemische samenstelling:
1. gelegeerd met 0,2-0,4 % Cu;
2. ge1egeerd met Cu; Cr en Ni;
3. ge1egeerd met Cu; Cr; Ni en P.
Het hoofdonderscheid tussen de toepasbaarheid van de materialen uit de verschillende categorieen
is de bestandheid tegen verschillende stoffen uit de atmosfeer.
De toepasbaarheid van weervast constructiestaal is gebaseerd op het eenmalig vormen van een
"dichte" oxidehuid welke verdere aantasting van het staal tegengaat.
In de afgelopen decennia zijn enkele prestige-objecten in dit staaltype uitgevoerd. De
constructies die hebben voldaan staan echter allemaal in droge klimaten.
Uit diverse laboratoriumproeven in het verleden bleek dat Cu-houdend staal (0,25 tot 0,38% koper)
de beste prestaties aan de binnenziide van tunnels leverde (zeer lage corrosiesnelheid).
Deze opvatting werd bevestigd door de resultaten van een uitgebreid onderzoek uitgevoerd in
10 stations in China in 1985. Hieruit bleek dat constructiestaal veel sneller corrodeerde dan de
Cu-houdende staaltypen [1].
In geval van staal onder de grond is dit fenomeen nergens waargenomen [2-4]. Ook niet in 1980
tijdens de corrosiesurvey verricht door het Materiaalinstituut TNO langs de Nederlandse kust [5,
6]. De verklaring hiervoor is dat de oxydelaag (patina) die zich onder de grond vormt een
andere samenstelling heeft en minder dicht is (en dus minder bescherming biedt) dan de
oxyde1aag die onder atmosferische condities ontstaat.
De gedachte dat ondergronds bouwen mogelijk is met een staalsoort welke geen bijzondere bescherming
vereist is erg verleidelijk
Weervast constructiestaal, zoals in NEN-EN 10155-93 omschreven, heeft in het verleden enkele
constructeurs nader over de toepassing van dit materiaal doen nadenken. Ontwerpen zijn
bedacht voor zowel civiele als maritieme constructies. Veel van de ontwerpen zijn echter nooit
gerealiseerd of hebben jammer lijk gefaald.
De lokale klimatologische omstandigheden zijn hiervoor als hoofdoorzaak aan te wijzen.
Weervast constructiestaal is absoluut ongeschikt voor toepassingen waar condens of vocht het
oppervlak voortdurend nat houden. Dit houdt in dat de toepassing in ondergronds bouwen in
Nederland alleen gerechtvaardigd is als het milieu niet alleen constant, maar bovendien droog
73

is. In de praktijk zal dit neerkomen op het feit dat weervast constructiestaal volgens NEN-EN
10155-93 geen toepassing zal vinden.
5.4 Roestvast staal
Onder de term roestvast staal valt een hele familie van staalsoorten met verschillende microstructuren
en mechanische eigenschappen. De "standaard" indeling is volgens de AISI codering.
De meest gebruikte materialen bevinden zich in de series 2xx; 3xx en 4xx. Al deze materialen
hebben gemeen dat ze een Cr gehalte bevatten welke corrosievorming, onder de toepassingsomstandigheden,
vermindert. De traditionele andere legeringelementen zijn Ni; Mo, Nb en Ti.
In toenemende mate wordt het legeren met Nz echter populair. Het betreft hier de duplex en superduplex
roestvaste staalsoorten. Door het hoge percentage aan legeringelementen zijn deze
material en ten opzichte van de ongelegeerde constructiestalen altijd aanzienlijk duurder en is
de verwerking gecompliceerder wanneer een optirnaal resultaat moet worden gerealiseerd. Dit
betreft zowel de voor- als nabewerking.
De toepassing van RVS in de grond is in het verleden onderzocht. Zo werd in 1990 door Avesta
vastgesteld dat, als gevolg van de aanwezigheid in de grond van micro-organismen en hoge gehaltes
aan waterstofsulfide, bij het RVS spleet- en pittingcorrosie optraden. Zelfs het hooggelegeerde
254SMO kreeg er last van [35].
In het algemeen kan worden gesteld dat de toepassing van RVS in de grond (en in het bijzonder
in grond met een negatieve Zs-factor voor de neutrale zouten, zie 4.3) af te raden is.
Noodzakelijke appendages en andere constructiedelen vervaardigd uit RVS zuHen, vanwege het
onzekere gedrag van het materiaal (pittingcorrosie) daarom altijd van een coating worden voorzien
en, indien nodig, ook kathodisch worden beschermd (aIleen de austenitische RVS-typen).
Specifiek voor de toepassing bij ondergrondse constructies moeten daar nog de volgende
bezwaren aan worden toegevoegd:
- Door de grote verschillen in bodemgesteldheid ten aanzien van agressiviteit; geo-elektrische
weerstand; chloride gehalte en zuurgraad is het toepassen van roestvast staal een keuzeprobleem.
De juiste keuze dient gebaseerd te zijn op zeer grondige kennis van de lokale omstandigheden.
- Voor een optimaal resultaat is vrijwel altijd beitsen en passiveren van de verbindingen noodzakelijk.
Voor de toepassing hiervan zijn strikte rnilieu-eisen opgeste1d. Het is zeker "in het
veld" lang niet altijd mogelijk een optimaal resultaat te garanderen.
- Met uitzondering van de duplex en superduplex kwaliteiten hebben de roestvaste staalsoorten
een relatief geringe sterkte. De meeste kwaliteiten hebben mechanische eigenschappen
vergelijkbaar met ongelegeerd of microgelegeerd constructiestaal. Hierdoor zuHen, afhankelijk
van het ontwerp, grote dikten noodzakelijk kunnen zijn. Dit gaat gepaard met hoge
kosten.
- Indien verschillen in lokale bodemgesteldheid het noodzakelijk maken verschillende typen
roestvast staal in een constructie toe te passen zijn grote problemen met de kwaliteit en integriteit
van de verbindingen te verwachten.
Concluderend mag worden opgemerkt dat de algemene toepassing van roestvast staal voor de
beoogde ondergrondse bouwtoepassingen geen altematief is. Een uitzondering hierop zou de
toepassing van verbindingsrniddelen van materiaal kunnen zijn.
74

In het algemeen zal men bij het ondergronds bouwen de standaard bevestigingsmiddelen toepassen,
vervaardigd uit niet corrosievaste materialen (b.v. staal al dan niet voorzien van een metallieke
coating).
Voor de overgrote meerderheid van de toepassingen is dit ook ruim voldoende. Mocht een dergelijke
verbinding ooit moeten worden los gehaald dan is dit, met behulp van destructieve
technieken, altijd mogelijk.
In die gevallen echter waar periodieke montage en demontage een vereiste is kan de toepassing
van roestvast stalen bevestigingsmiddelen een oplossing bieden.
Ret prijsverschil zal in de beslissing van wel of geen roestvast staal zeker ook een belangrijke
rol spelen.
Er zijn voldoende systemen in de handel verkrijgbaar om het gevaar van galvanische corrosie
voor deze toepassing te ondervangen. Specifiek voor grote ondergrondse bouwwerken geldt nog
dat de verhouding van kathode-oppervlak ten opzichte van het anode-oppervlak van dien aard is
dat van preferentiele aantasting om die reden geen sprake is.
De toenemende milieubelasting (hoge verkeersfrequentie, veel vrachtwagens) de ophoping , s
winters van stof met hoge concentraties aan dooizouten (in de winter), roet, vocht en de
verzuring van de omgeving maken de toepassing van "normale" materialen voor de verbindingsmiddelen
in verkeerstunnels moeilijk. Dit blijkt uit het in het verleden uitgevoerde onderzoek.
Enkele voorbeelden:
- Na langdurige proeven, onder de condities zoals aan de binnenzijde van verkeerstunnels het
meest voorkomen, bleken de verbindingsmiddelen vervaardigd uit austenitisch RVS met een
Mo-gehalte van ca. 6% en ca. 0,2% Nz (Werkstoff 1.4529) de beste prestaties te leveren [7,
37]. Bij dit onderzoek stonden de aspecten economie en veiligheid centraal.
- Uit de proeven uitgevoerd in de verkeerstunnel onder de Mont Blanc bleken de verbindingsmiddelen
uitgevoerd in RVS AISI 303 zeer gevoelig te zijn voor "spanningscorrosie" in aanwezigheid
van chloriden (dooizouten) [8].
Een gebied waar RVS in de praktijk veelvuldig wordt toegepast is de inventaris, aan de binnenzijde
van de tunnel. Voorbee1den:
- Terwille van de veiligheid worden de leidingen, bestemd voor het brandbluswater en die
1angshet hele tunneltraject lopen, meesta1 uit RVS AISI 304 vervaardigd.
- Roestvast stalen bekledingsp1aten worden vaak toegepast voor de bekleding van de ro1trappen
in de metrostations e.d. Ook de treden van deze roltrappen worden vaak uit RVS vervaardigd.
Ret strooizout in combinatie met het vocht, dat via de schoenzolen van de passagiers
op de treden terecht komt, kan hier tot emstige corrosieproblemen 1eiden.
5.5 Gietijzer
Voor ondergrondse toepassing wordt vaak gebruik gemaakt van (grijs) gietijzer, voomamelijk
omdat dit bijzonder weinig gevoelig is voor corrosie. Dit wordt veroorzaakt door het relatief
hoge koolstofgeha1te in gietijzer, waardoor met de in de grond aanwezige zuurstof een
beschermende 1aag aan het oppervlak wordt gevormd. Zelfs elektrische zwerfstromen zijn in het
algemeen weinig gevaarlijk voor gietijzer omdat dit een slechte geleider is.
Gietijzer wordt vrijwel nooit kathodisch beschermd.
75

Een punt van aandacht is het feit dat, bij combinaties van gietijzer en c-staal in een constructie
het gevaar bestaat van het optreden van elektrochemische (galvanische) corrosie.
Gietijzer is veelvuldig in het verleden toegepast bij pijpleidingen met een geplande levensduur
van 100 jaar.
Studies uitgevoerd na de oorlog en aan het begin van de jaren 60 lieten zien dat de verwachte
exponentiele groei van lekkages en breuken in de leidingsystemen, als gevolg van corrosie, niet
had plaatsgevonden.
Uit latere studies werd echter een sterke toename van schadegevallen geconstateerd, waardoor
de conclusie werd getrokken dat de corrosiviteit van de bodem, sinds de jaren zestig sterk was
toegenomen [27].
Hier dient te worden opgemerkt dat de interpretatie van de oude gegevens over de schadegevallen
van de gietijzeren pijpen zeer moeilijk is omdat in de publicaties meestal over "breuken"
wordt gesproken, zonder specificatie of de schade door puur mechanische effecten of door corrosie
had plaats gevonden.
Het effect van zure regen en vochtigheid van de grond op de corrosie van gietijzer (in klei en in
zand) werd in 1990, aan de hand van laboratoriumproeven, vastgesteld [36].
De zwaarste corrosie en de grootste invloed van de "zure regen" werd gevonden in grond die
voortdurend enigszins vochtig bleef.
Nodulair gietijzer, ook vaak aangeduid als SGr (Spheroidal Graphite cast Iron) is een materiaal
met een hoge treksterkte en een grote vervormingcapaciteit dat steeds vaker wordt gebruikt voor
de vervanging van de (brosse) grijze gietijzeren panelen, welke in het verleden op grote schaal
in ondergrondse tunnels werden toegepast. In [32] wordt een grafische vergelijking tussen SGr
en staal met een hoge treksterkte weergegeven.
Uit een onderzoeksproject blijkt dat SGr kostenefficient is [9]. Om de schade die, door een
brand tijdens de bouw van een betonnen spoortunnel in Denemarken, was ontstaan te repareren
werden gietijzeren segmenten gebruikt [10].
Tijdens de bouw van de Kanaaltunnel werden ca. 38.000 ton SGr segmenten voor de lenning
gebruikt, vooral op die plaatsen waar hoge lokale spanningen konden ontstaan. Het oppervlak
van deze segmenten werd tevens voorzien van een bitumineuze coating.
Gietijzeren linings zijn in het verleden veelvuldig toegepast, vooral wanneer de geboorde tunnels
het water kruisen. In geval van de spoorwegtunnel onder de rivier de Hudson bleken de
gietijzeren panelen, na circa 100 jaar, afgezien van enkele (niet noemenswaardige) scheuren,
nog steeds in een zeer goede conditie te verkeren. De stalen bouten en moeren daarentegen
moesten regelmatig worden vervangen [11].
5.6 Verzinkt staal
Het is zeer moeilijk algemeen geldende uitspraken over de corrosie van thermisch verzinkte
staalonderdelen in de bodem te doen [12]. De chemische samenstelling van de bodem en de
daarin aanwezige vloeistoffen zijn van zeer grote invloed op de corrosiesnelheid van de
zinklagen. Vanwege zijn amfoteer karakter zal zink in de ene grondsituatie uitstekende presta-
76

ties leveren maar zeer snel desintegreren in andere situaties. Dat is de reden waarom in de literatuur
weinig betrouwbare praktijkgegevens zijn gepubliceerd.
In het algemeen kan worden gesteld dat zink een goede weerstand tegen corrosie in de grond
bezit De grootste aantasting wordt veroorzaakt door onbeluchte en zure grondsoorten of door
grondsoorten die grote hoeveelheden oplosbare zouten bevatten.
Voor de evaluatie van de agressiviteit van een grondsoort to.V. thermisch verzinkt staal wordt
in de praktijk vaak gebruik gemaakt van de DIN-methode (zie 4.3). In dit specifieke geval wordt
het DIN-getal verkregen uit de som van de DIN-factoren voor de grondkarakteristieken
(vermeld in de tabel van 4.3) Zz (bodemweerstand), Z3 (pH), Z, (buffercapaciteit), en Z4
(sulfidengehalte) .
Het verkregen DIN-getal wordt voor het gedrag van thermisch verzinkt staal als voIgt vertaald:
>0
-5 tot -8
= zeer goed
= bevredigend
-1 tot-4
< -8
= goed
= ongeschikt.
Hieronder volgen enkele voorbeelden uit de praktijk vermeld in de literatuur.
In [13] wordt vermeld dat het corrosieverlies voor thermisch verzinkte pijpen in verschillende
bodemsoorten wisselt tussen 1,5 en 275 glm2/jr, terwijl voor zwarte stalen pijpen deze getallen
52 en 763 glm2/jr zijn. De lage verliescijfers gelden voor neutrale bodemsoorten, de hoge voor
sterk corrosieve bodemsoorten.
De ervaring is dat, bij thermisch verzinkte pijpen, de diepte van de putjes, welke bij het corrosieproces
ontstaan, een fractie zijn van die, welke bij onverzinkte stalen pijpen optreden (in
sommige gevallen een factor 10 minder). Uit de waamemingen vermeld in [68] blijkt dat hoe
verder de buitenste zinklaag is gecorrodeerd, des te minder pittingcorrosie op het staaloppervlak
optreedt Dit is een indicatie dat de intermetallieke lagen (Fe-Zn-fase) corrosiebestendiger zijn
dan de afzonderlijke metalen Fe en Zn.
Uit Amerikaanse bodemcorrosieproeven gedurende 10 jaar bleek dat zinklagen met een gewicht
van 900 glm2 en hoger een goede bescherming verleenden in praktisch alle bodemsoorten.
De zinklagen van 600 glm2 bleken daarentegen vrijwel alle reeds verregaand gecorrodeerd te
zijn [14]. Hier dient te worden opgemerkt dat zulke extreem dikke lagen (800 g/m2 en meer)
alleen onder bijzondere voorwaarden en/of omstandigheden kunnen worden verkregen, doch
nimmer zonder meer kunnen worden voorgeschreven!
Uit genoemd onderzoek in Amerika bleek dat anorganische oxyderende bodemsoorten minder
agressief zijn voor het zink dan matig anorganisch reducerende bodemsoorten.
In zeer sterk reducerende organische en anorganische bodemsoorten is thermisch verzinken alleen
niet voldoende en moet een aanvullende beschermingslaag worden aangebracht, bijvoorbeeld
op basis van bitumen [15], waardoor een zeer effectieve corrosiewering wordt verkregen.
Volgens Evans [16] geeft een zinklaag van 560-630 glm2 in neutrale respectievelijk vrijwel neutraal
reagerende bodemsoorten een duurzame bescherming van minstens 8 jaren. In een sterk
zure of alkalische bodem begint soms na ca. 6 jaar een putvormige corrosie van het
onderliggende staal op te treden.
77

Uit andere Amerikaanse onderzoeken [17] is gebleken dat thermisch verzinkte ankers van hoogspanningsmasten
in niet-agressieve bodemtypen een levensduur van ca. 25 jaren bezitten
wanneer het zinklaaggewicht ca. 900 g/m2 bedraagt, mits dergelijke voeten niet zijn verbonden
aan elektropositieve constructies, zoals de grondmassa van een schakelstation.
Zweedse proeven [18] aan hoogspanningsmasten wezen uit dat, wanneer een zinklaaggewicht
van ca. 900 glm2 kan worden verkregen, in de meest agressieve bodemsoorten zulke 1agen een
corrosiebescherming van 10 jaar geven, terwijl in een niet agressieve bodem de levensduur ca.
45 jaren bedroeg. Teneinde in de praktijk deze zeer dikke zinklagen op het staal te kunnen aanbrengen,
gaat men uit van een staalsoort met 0,3-0,5% Si [19].
Uit de resultaten van een onderzoek in Zweden [20] bleek dat de gemiddelde corrosiesnelheid
van thermisch verzinkt staal onder de grond tussen 3 jlm/jr. (in zand) tot 30 jlm/jr. (in modderige
klei) kan schommelen.
De ligging van de verzinkte staalpanelen (boven of onder de grondwaterstandniveaus) schijnt in
dit geval van geen invloed te zijn op de mate van aantasting van de zinklaag dit in tegenstelling
tot de aantasting van onbeschermd staal.
Ook uit een ander onderzoek in Duitsland, uitgevoerd in zanderige grond, bleek dat thermisch
verzinkt staal aanzienlijk minder corrodeert dan onbeschermd staal [34].
Dat de corrosiesne1heid van zink lager is dan die van staal is naar alle waarschijnlijkheid het gevolg
van het ontstaan van een beschermende laag van corrosieproducten op het oppervlak die de
verdere aantasting van het zink afremt [21].
Graver e.a. [21, 22] hebben bewezen dat de combinatie van pH en het totale carbonaatgehalte
van een waterige oplossing tot de vorming van een beschermende carbonaathoudende laag op
het zinkoppervlak kan leiden.
Ook de aanwezigheid van kooldioxide in de grond, in combinatie met een relatief hoge pH, kan
tot het ontstaan van een dergelijke beschermende laag leiden.
Thermisch verzinkt staal wordt vaak in de inventaris en de civiele constructiedelen aan de binnenzijde
van de tunnel gebruikt.
Een voorbeeld zijn de roltrapconstructies in de metro stations welke meestal uit verzinkte hollebuisprofielen,
U-balken en bekledingsplaten worden vervaardigd.
Vermeldenswaard is het feit dat, tijdens de bouw van de Kanaaltunnel, circa 30.000 ton
thermisch verzinkt staal, voorzien van een organische coating (duplexsysteem), werd toegepast.
Men verwacht hiermee een interval van 25 jaar te kunnen bereiken, voordat de eerste onderhoudsbeurt
moet plaatsvinden.
5.7 Aluzink
Uit het reeds genoemde Zweedse onderzoek [20] bleek dat de aantasting van staal dat beschermd
wordt met behulp van een Aluzinklaag (55% AI, 43,5% Zn en 1,5% Si) aanzienlijk
minder is dan die van verzinkt staal, namelijk 1 tot 12 jlm/jr., afhankelijk van de grondsoort en
het vochtgehalte van de grond.
Hier dient te worden opgemerkt dat de toepassing van aluminiumhoudende metallieke coatings
in het algemeen, in gronden waar alkalische condities heersen (pH 8 of hoger), volledig af te
raden is. Dit materiaal mag dus ook niet worden toegepast op plaatsen waar het metaal in aanraking
komt met beton of gips en daar waar ammoniakdampen (o.a. uit rottingsprocessen) aanwezlg
ZlJn.
78

5.8 Voorspanstaal zonder aanhechting
Een zeer specifiek geval vormt de toepassing van voorspanstaal in de ondergrondse bouw.
Voorspannen zonder aanhechting (VZA) [69] dateert al van 1925 bij toepassing in cilindrische
tanks. In gebouwen werd VZA voor het eerst midden jaren vijftig toegepast. In verband met
corrosiebeheersing werd het voorspanstaal ingevet en met papier omwikkeld. Midden jaren
zestig werd het papier vervangen door een kunststoffen omhulling.
Uit het oogpunt van corrosiebeheersing bestaat er een wezenlijk verschil tussen VZA en voorspannen
met aanhechting (VMA). Bij VMA bevindt het voorspanstaal zich na injecteren in een
basisch (pH 12-13) cementmilieu dat door passiveren van het staal een zeer goede bescherming
tegen corrosie geeft. Bij VZA daarentegen bevindt het staal zich in een neutraal milieu (vet) dat
op zich geen bescherming geeft. Verder is VZA veel kritischer ten aanzien van plaatselijke aantasting
dan VMA. Wegens het ontbreken van de aanhechting zal bij lokale breuk het voorspanstaal
over zijn gehele lengte ophouden de eraan toebedachte functie te vervullen.
Reeds in een vroeg stadium maakte men zich zorgen over de duurzaamheid van het aldus gebruikte
voorspanstaal. In de loop van de tijd werd duidelijk dat behalve het vet ook aan de
kunststoffen omhulling grote aandacht moest worden besteed. Deze omhulling diende zelf ook
een bijdrage te leveren aan de corrosiebeheersing van het voorspanstaal en daarmee aan de
duurzaamheid van de constructie.
Het essentiele probleem bij VZA is de aanwezigheid van vocht:
water dat door het beton tot het voorspanstaal doordringt;
water dat tijdens opslag, vervoer en dergelijke in de VZA-kabels kan doordringen;
water dat tijdens aanbrengen van vet en omhulling in de fabriek of op de bouwplaats in de
VZA kabels kan doordringen;
water dat via de plaatselijk verwijderde omhulling kan binnendringen (bij eindverankering,
blinde verankering of tussenverankering).
Belangrijk is het ontstaan van atomaire waterstof tijdens het corrosieproces. Deze waterstof
dringt gemakkelijk door de staalmaterie heen en veroorzaakt verbrossing. Puur water of condensaat
is al voldoende om de vorming van atomaire waterstofmogelijk te maken [40,47].
Dit fenomeen kan aanleiding geven tot waterstof gelnduceerde spanningscorrosie, een plotseling
optredende scheurvorming die zich vrijwel onmiddellijk uitbreidt en tot breuk van het voorspanstaalleidt.
Het meest wezenlijke probleem bij de corrosiebeheersing van voorspanstaal zonder aanhechting
is dus vochtwering.
Op laboratoriumschaal is veel onderzoek uitgevoerd naar het breukmechanisme en de mogelijke
beheersingsmethoden van het fenomeen [38-51].
Veel parameters die van invloed kunnen zijn op het mechanisme en die systematisch zijn onderzocht
zijn:
potentiaal
voorbeladen met waterstof
kathodische bescherming
microstructuur
79

pH, water en relatieve vochtigheid
chloriden
bicarbonaten
nitraten en sulfaten
zwavelwaterstof en sulfiden
zwavelwaterstof + keukenzout
calcium hydroxyde + diverse ionen
rhodanide
beschermvetten
In de meeste gevallen betreft het omstandigheden zoals die bij VMA kunnen optreden, maar
ook VZA is onderzocht. Afhankelijk van de omstandigheden zijn vier verschillende typen
breuken geconstateerd.
In de literatuur wordt een relatief groot aantal schadegevallen uit de praktijk beschreven zowel
in VMA- als in VZA - betonconstructies [52-65].
De schadegevallen treden op in bruggen, parkeergarages, gebouwen enz. Het onderzoek van
deze schadegevallen heeft samen met praktisch en fundamenteellaboratoriumonderzoek veel
waardevolle gegevens opge1everd over de vraag welke omstandigheden tot waterstofgelnduceerde
spanningscorrosie hebben geleid.
De belangrijkste oorzaken kunnen als voIgt worden samengevat voor VZA:
geen optimale staalsamenstelling
minder geschikte productiewijze voorspanstaal
ongeschikt vetJontbreken van vet
ongeschikte omhulling/verkeerd aanbrengenlbeschadigingen
verkeerd ontwerp eindverankering
verkeerde samenstelling mortellporeusheidl ontbreken
verkeerde betonsamenstelling/poreusheidlte geringe dekking
agressieve omgeving
gebrekkige constructieve vormgeving
fouten in de bouwuitvoering
De onderzoeken die hebben plaatsgevonden hebben geleid tot aanbevelingen die moeten leiden
tot lange levensduren van constructies [63, 66, 67]. Daamaast is in de overige literatuur veel te
vinden over aanbevelingen.
5.9 Composietmaterialen
De laatste jaren zijn er enkele ondergrondse tunnels gebouwd die onder het water of langs rivierbeddingen
lopeno De meeste zijn sandwichtunnels (staal-beton-staal).
Typische voorbeelden zijn de verkeerstunne1 onder de haven van Baltimore [24] de grootste afgedekte
sleuftunnel onder water ter wereld, de Kobetunnel in Japan [25], de Bostontunnel [26]
en de Conway Crossing in England [31]. Voor de constructieve details van deze tunnels wordt
men verwezen naar [33].
80

5.10 Literatuur
1. Yan, Jin, Xiong, Changging: "Studies on atmosferic corrosion properties of low alloyed
Cu-steel", Wuhan Iron & Steel Co., Wuhan, China, 1985.
2. G. Stiidemann: "Korrosion an Stahlspundwanden".
3. A. Haack, N. Klawa: "Unterirdische Stahltragwerke, Berachtungsstelle fur Stahlverwendung",
Dusseldorf, 1982.
4. G. Stiidemann: "Korrosionsschutzmassnahmen bei Stahlspundwanden im wasserbau,
Berlin, Die Bautechniek 10, oktober 1966.
5. B.H. Wijngaard: "Steel piling corrosion in marine environments: a survey", report of the
Commission of the European Communities, Metaalinstituut TNO.
6. RH. Wijngaard: "Corrosie van stalen damwanden", PT-Civiele Techniek 37, (1982),
12.
7. H. Haselmair, R. Morach, H. Boch: "Field and laboratory testings in roadtunnels", Corrosion
(Houston), februari 1994.
8. H. Haselmair: "Stress Corrosion Cracking of type 303 stainless steel in a roadtunnel atmosphere",
Materials Performance, juni 1992.
9. C.B. Greatorex, T. Bateman: "New developments in SGI tunnellening". ICE symposium
on Tunnel Construction/Public works Congress, 11 (4).
10. Structural Engineering International, SEI. Volume 5, number 4.
11. "Channel tunnel, Texas style", Civil Engineering, vol.59, nr.12, bIz. 40-43, d.d. december
1989.
12. Anon: "Underground corrosion of galvanized steel", Corr. Prevo & Control, juni 1954.
13. H.B. Uhlig: Corrosion Handbook, bIz. 451 e.v.
14. M. Romanoff: "Underground Corrosion", Nat. Bureau of Standards, Circ. 579 (1957),
bIz. 107-117.
15. R.M. Bums, W.W. Bradley: "Protective coatings for metals", New York (1955).
16. U .R. Evans: "MetallicCorrosion, Passivity and Protection", (1948) bIz. 312.
17. J. D. Piper: "Corrosion and protection of galvanized steel transmission towerfootings",
Corrosion, maart 1958, bIz. 19-25.
18. K.F. Triigardh: "Protection against the underground corrosion of steel", Kungl. Vattenfallsstyrelsen,
Stockholm (1956).
19. "De invloed van de staalsamenstelling op de zinklaagdikte", Bulletin "Thermisch Verzinken",
nr. 583 (1958), biz. 1-3.
20. G. Camitz, T.G. Vinka: "Corrosion of Steel and metal-coated Steel in Swedish soils. Effects
of Soil Parameters", uit de ASTM-publicatie "Effects of soil characteristics on corrosion",
STP 1013, (1987), bIz. 37-53.
21. G. Heim: "Technische Uberwachung", vol. 18, 1977,blz. 257-261.
22. R. Grauer: "Werkstoffe und Korrosion", vol. 31, 1980, bIz. 837-850.
23. R. Grauer, W. Feitknecht: "Corrosion Science", vol. 7, 1967,blz. 629-644.
24. "Tunnelling around", Civil Engineering, volume 56, nr. 7, bIz. 38-40, d.d. juli 1986.
25. "Tunnels & Tunnelling", Civil Engineering, bIz. 7, d.d. september 1995.
26. "The Heartbeat of the Artery", Civil Engineering, vol. 62, nr. 1, biz. 44-46, januari
1992.
27. J.D. Palmer: "The Life of Buried Pipe", Ontario Research Foundation, 18 februari 1966.
81

28. Ductile Iron Pipe Catalogue, Canron Ltd. Pipe Division.
29. "Ductile Iron Pipe", soil corrosion test report, Cast Iron Pipe Research Association,
1964.
30. J.D. Scott: "Mechanism and Evaluation of Corrosion in Soils. A Literature Review",
National Research Council, Division of Building Research, paper nr. 100, juni 1960.
31. R. Narayanan, T.M. Roberts: "Double Skin Composite Construction for Submerged
Tube Tunnels. Composite Construction in Steel and Concrete II.", Proceedings of an Engineering
Foundation Conference, ASCE, juni 1992.
32. C. Eves: "Tunnel Linning Design and Procurement", The Channel Tunnel, 1992, biz.
127-143.
33. TNO-rapport: "Stalen en composiet tunnelconstructies. Inventarisatie en kennisleemten",
juni 1996, bIz. 20-26.
34. V. Nuernberger: "Korrosionsverhalten feuerverzinkter Baustaehle in ueberwiegend sandhaltigen
Boden", Werkstoffe und Korrosion, vol. 40, nr. 1 bIz. 7-16, januari 1989
35. Waller: "Stainless Steel in Seewater", Avesta Corrosion Congress, Utrecht, The Netherlands,
5 september 1990.
36. E. Levlin: "Corrosion of Underground Structures Due to Acidification: Laboratory Investigations",
British Corrosion Journal, vol. 26(1), bIz. 63-66, 1991.
37. A. Ubleis, G. Felder: "Pollutants in roadtunnels, Effects on the Stability of Metallic Materials",
Materials in their Environment, bIz. 69-84, VDI-Verlag GmbH, Dusseldorf,
1993.
38. S. Govindarajan, N.S. Rengaswamy and K Balakrishnan: "Mechanism of stress corrosion
behaviour of prestressing steel in phosphate medium", Transactions of the SAEST -
Karaikudi. 1969, Vol. 4, No.1, bIz. 33.
39. B.V. Ranganathan: "Cracking behaviour of prestressing steel in nitrate and sulphide media",
Transactions of the SAEST - Karaikudi. 1969, Vol. 4, 1969, No.1, biz. 34.
40. M. Brachet: "Annales de l'Institut Technique du Batiment et des Travaux Publics", 82,
1970, biz. 82-100.
41. J. Mietz and B. Isecke: "Risks of failure in prestressed concrete structures due to stress
corrosion cracking", special Publication/Royal Society of Chemistry-London 1980, bIz.
200-209.
42. KF. McGuinn and M. Aballe: "Hydrogen Induced SCC and Caustic Cracking of Cold
Drawn Prestressing Tendon", Br Corros J, British Corrosion Journal.
43. R.N. Parkins, M. Elices, V. Sanchez-Galvez and L. Caballero: "Environment sensitive
cracking of pre-stresing steels", Corr. Sci, 1982, Vol. 22, 1982, bIz. 379-405.
44. B. Isecke: "The influence of constructional and manufacturing conditions on the corrosion
behaviour of prestressed wires before grout injection", Corrosion of reinforcement
in concrete construction, 1983, bIz. 379-391.
45. N.S. Rengaswamy, KS. Rajagopalan, KI. Vasu and B.V. Ranganatham: "Stress Corrosion
Cracking of Prestressing Steel in Sulphide Medium", Bulletin of Electrochemistry 1,
(5) September-October 1985, Vol. 1, 1985, No.5, biz. 453-460.
46. B.V. Ranganatham: "Corrosion and Stress Corrosion Cracking of Prestressed Concrete
Structures", Transactions of the SAEST, Vol. 23,1988, No. 2-3, bIz. 115-128.
82

47. Ulf Nurnberger: "Wasserstoffmduzierte Spannungsripkorrosion an Spannbetonkonstruktionen
mit vorbeugenden Mapnamen vermeiden. Maschinenmarkt", 1989, No.2, 1989,
bIz. 30-34.
48. B. Isecke: "Long term behaviour of materials in a prestressed concrete bridge", Corrosion
of reinforcement in concrete, Warwickshire, UK, 21-24 May 1990, bIz. 142-159.
49. Bern Isecke: "Development of Understanding of Corrosion of Reinforcement in concrete",
Conf. UK Corrosia 91, held in in Manchester UK, 22-24 Oct. 1991, Vol. 3 (paper
1), bIz. 1-4.
50. M.C. Alonso, R.P.M. Procter, C. Andrade and M.Saenz de Santa Maria: "Susceptibility
to stress corrosion cracking of a prestressing steel in NaHC03 solutions", Corrosion
Science, Vol 34, 1993, No 6, bIz. 961-973, 1993.
51. W.H. Hartt, C.C. Kumria and R.J. Kessler: 'Influence of Potential, Chlorides, pH, and
Precharging Time on Embrittlement of Cathodically Polarized Prestressing Steel", Corrosion
Vol.49, 1993, No.5, bIz. 377-385.
52. A.S. Flatau, R.W. Brockett and J.V. Brown: 'Grouts and grouting a survay of materials
and practice, Civil Engineering and Public Works Review", July 1973, bIz. 591-601.
53. John M. Hanson" Recommended Practice for Segmental Construction in Prestressed
Concrete", PCI Journal, MarchlApril1975, bIz. 22-41.
54. Franz Knoll, M. John Prosser, John Otter: "Prestressing the CN Tower", PCI Journal,
May-June 1976, bIz. 84-111.
55. I.C. Griess and D.J. Naus: "Corrosion of Steel Tendons Used in Prestressed Concrete
Pressure Vessels", Corrosion of reinforcing steel in concrete: symposium, Bal Harbour
1978, ASTM STP 713, bIz. 32-51.
56. Hans-Jtirgen Engell: "Korrosionserscheinungen und Werkstofffragen bei Stahl und
Spannbetonbauwerken", Stahl und Eisen 98, (1978) Nr. 13, blz. 637-641.
57. Morris Schupack: "A Survey of the Durability Performance of Post-Tensioning Tendons",
ACI Journal, October 1978, bIz. 501-510.
58. D.J. Naus: "An Evaluation of the Effectiveness of Selected Corrosion Inhibitors for Protection
of Prestressing Steels in PCPVs", Oak Ridge National Laboratory, March 1979,
bIz. 1-63.
59. B. Isecke: "Korrosionsverhalten von schlaffer und vorgepannter Bewehrung in Betonbauteilen",
Werkstoffe und Korrosion 37 (1986), bIz. 322-330.
60. Morris Schupack: "Corrosion Protection for Unbonded Tendons", Concrete
International, February 1991, blz. 51-57.
61. Morris Schupack: "Evaluating Buildings with Unbonded Tendons", Concrete International,
October 1991, bIz. 52-57.
62. Clifford L. Freyermuth: "Durability of Post-Tensioned Prestressed Concrete Structures",
Concrete International, October 1991, bIz. 58-65.
63. William C. Bailey: "Specification for unbonded single strand tendons, Post-Tensioning
Institute", First Edition, First Printing 1993.
64. Morris Schupack: "Post-Tensionning Tendons after 35 Years", Concrete International,
March 1994, bIz. 50-54.
65. Morris Schupack: "Unbonded Tendons Evaluation and Performance", Concrete International,
December 1994, bIz. 32-35.
83

66. CUR-rapport 105 "Corrosiebescherming bij voorspanning zonder aanhechting", CUR,
Gouda, 1982.
67. "Durability of Concrete Bridge Decks, a cooperative study", Portland Cement Association,
Skokie 1970.
68. M. Romanoff: "Underground Corrosion", U.S National Bureau of Standards, Circular
579, 1957.
69. F. Blekkenhorst: "Literatuuronderzoek duurzaamheid voorspanstaal zonder aanhechting
ten aanzien van corrosie", Handboek Technische Materialen, Samsom, oktober 1998.
84

6. TOEPASSING VAN COATINGS
Bij de keuze van het toe te passen coatingssysteem voor de bescherming van de
tunnelsegmenten moet een onderscheid worden gemaakt tussen binnen- en buitenzijde.
De uitwendige conservering moet het staal beschermen tegen de agressieve componenten van de
grond, micro-organismen, zwerfstromen, wortelpenetratie, grondverzakkingen, ruw vervoer en
montage, etc. en moet ook vaak de aangelegde hoogspanningen voor de kathodische bescherming
kunnen doorstaan.
De inwendige conservering van de tunnelsegmenten dient om aantasting van het staal
tengevolge van het in de tunnel heersende, meestal agressieve klimaat te voorkomen. De coating
moet hier ook het hoofd kunnen bieden aan mechanische beschadigingen, graffiti, vonken uit
hoogspanningskabels (in geval van spoorwegtunnels), hoge temperaturen (bij calamiteiten), etc.
In dit hoofdstuk worden diverse modeme verfsystemen voor de uitwendige en inwendige conservering
van tunnels besproken. Hiervoor is gebruik gemaakt van de ervaringen opgedaan bij
diverse ondergrondse tunnels, leidingen, tanks, offshore installaties, etc. die in het verleden zijn
uitgevoerd.
Naast de eigenschappen van de coatings wordt hier aangegeven op welke wijze de coating op
het metaal moet worden aangebracht en de verwachte performance.
6.1 Bescherming van de buitenzijde van de tunnelwand
Een langdurige bescherming tegen corrosie met coatings is, vooral bij onderdompeling in water
en de aanwezigheid van kathodische bescherming, niet eenvoudig.
Zeer moeilijk is de uitwendige bescherming van de stalen mantel van diep geboorde tunnels, in
het bijzonder als de wand verkregen wordt door het continu spiraal doorlassen (machinaal) van
de stalen platen. In dit geval is het niet mogelijk om het buitenoppervlak te beschermen door
middel van coatings. Er moet onderzoek worden verricht om technieken en methoden te vinden
om dit soort tunnels afdoende tegen corrosie te beschermen.
Een apart probleem wordt gevormd door de tunnels die geelektrificeerde traces (trein of metro)
kruisen of spoorwegtunnels waarbij zwerfstromen zich langs de stalen wand kunnen
verplaatsen.
Vooral op plaatsen waar de beschermende coating is beschadigd en waar de stroom de wand
verlaat, kan de schade door versnelde corrosie, zowel aan de buiten- als aan de binnenzijde (op
de natte plekken) van de tunnel aanzienlijk zijn.
Een oplossing voor dit probleem zou de toepassing van een elektrisch geleidende coating
kunnen zijn, bijvoorbeeld een coating op basis van epoxyhars gevuld met grafietdeeltjes met een
elektrische weerstand kleiner clan 1*106 Ohm. Het zal echter nodig zijn om het gedrag van dit
type coatings onder praktijkomstandigheden te testen.
Een bijkomende complicatie, bij gebruik van deze geleidende coatings is dat de toepassing van
KB absoluut uitgesloten is.
Vanwege de aangescherpte wet- en regelgeving op het gebied van milieu en arbeidsomstandigheden
zijn diverse coatings van de markt verdwenen, terwijl deze coatings zeer goed geschikt
85

leken te zijn voor toepassing onder de genoemde moeilijke omstandigheden. Het waren
meestal coatings op basis van een combinatie van epoxy-koolteer of epoxy-bitumen.
Er moet nog veel onderzoek worden verricht om vast te stellen of de nieuwe producten die door
de verfindustrie als vervangers van de oude producten worden ge'introduceerd, in
omstandigheden zoals een drassige en waterige omgeving (al dan niet met microbiele
activiteiten) onder de grond, aan de gestelde levensduureisen zullen voldoen.
In dit kader kan het resultaat van het onderzoek dat in 1996 door TNO-coatings te Den Helder
werd gestart van groot belang zijn.
De meeste referenties in de literatuur hebben betrekking op het uitwendig coaten van leidingsystemen.
De vermelde coatingssytemen kunnen echter ook best voor de uitwendige bescherming
van tunnelsegmenten worden gebruikt.
De in Nederland meest gebruikte buisbekledingen zijn nader gespecificeerd in de Nederlandse
Normbladen en Praktijkrichtlijnen NEN 6902,6905 en 6910 (asfaltbitumen voor uitwendige bekleding)
a1smede in de NPR 6903,6906 en 6911 [2]. In NPR 6912 worden verschillende bekledingstypen
in het kort besproken.
Ook in bestekken voor waterwerken, onder meer Oosterscheldekering [3] en Haringvliets1uizen
[4] en offshore installaties alsmede in scheepsbouwbestekken [5], zijn verfsystemen en performance
eisen beschreven die veel overeenkomsten hebben met die voor het uitwendig bekleden
van tunne1segmenten.
Momenteel zijn enkele nieuwe normen voor de bescherming van ondergrondse stalen buizen
door midde1 van coatings, onder supervisie van het "European Committee for Iron and Steel
Standaardisation" (ECISS) in voorbereiding. Enkele voorlopige (prEN's) zijn inmidde1s door
het Europese Standaardisatie Bureau (CEN) uitgegeven [14-19], inclusief een prEN voor buizen
die thermisch worden verzinkt [20]. Deze normen zijn waarschijnlijk eind 1999 definitief
geworden.
Hiema worden enkele typen van coatings die in de praktijk worden toegepast voor het uitwendig
bekleden van pijpleidingen besproken.
6.1.1 Bitumen- en teerhoudende coatings
Van oudsher, vooral vanwege de (extreem) lage water(damp)-doorlatendheid zijn de teerhoudende
en bitumen coatings veelvuldig toegepast voor de bekleding van staal en beton in ondergrondse
situaties.
Dit type coatings wordt veelal rechtstreeks op het staal, in een relatief dikke 1aag, aangebracht.
In een aantal gevallen worden de coatings met een weefsel of vlies versterkt. Door het p1astische
c.q. e1astische gedrag zijn de coatings gevoelig voor drukbelasting (kruip) en voor inkrassen,
hebben een beperkte temperatuurbestendigheid en zijn gevoelig voor uitlogen. Door verbrossing
kunnen in de coating op den duur (micro) scheuren ontstaan.
De bitumen en teerproducten zijn te combineren met kathodische bescherming en zijn
voldoende temperatuurbestendig (tot ca. 65°C) om bij tunnels uitwendig ondergronds te kunnen
worden toegepast.
Met asfaltbitumen en koolteerpek is veel ervaring opgedaan bij, onder meer, water-, olie- en
gasleidingen, bij tanks en andere ondergrondse bouwwerken. De levensduur van deze coatings
is redelijk bekend door de praktische ervaring over meer dan 40 jaar, onder meer bij de NAM en
de Gasunie en wordt veelal ingeschat op 40-75 jaren.
86

Voor de asfaltbitumen en koolteerpek bestaan goede technieken om in situ verbindingen te bekleden.
Vanwege de stringente milieu-eisen ten aanzien van zowel de applicatieomstandigheden als het
langdurige contact met grondwater en de vemietiging c.q. recycling, wordt de toepassing in Nederland
van deze (PAK's houdende) producten echter sterk aan banden gelegd en zal
waarschijnlijk in de naaste toekomst drastisch worden beperkt of verboden.
6.1.2 Extrusie vanpolyethyleen enpolypropyleen
Geextrudeerd polyethyleen of polypropyleen bestaat uit een film kunststof die, in het veld, om
de stalen buis wordt getrokken. Polyethyleen en sommige andere thermoplastische kunststoffen
kunnen in een semi-continu extrusieproces uitwendig om de buis worden aangebracht. Deze
bekledingen zijn meestal tamelijk dik (tot 4 mm) en bieden een goede bescherming. De hechting
op de lange duur is vaak een probleem; na onthechting kan emstige corrosie in het grensvlak
tussen het staaloppervlak en de bekleding optreden.
Dit proces lijkt ongeschikt voor toepassing op tunneldelen met grote diameters.
Een werkmethode die in de praktijk vaak wordt toegepast omvat de volgende stappen:
Reiniging van het staaloppervlak, verwijdering van vet, zouten, stof, etc.
Gritstralen tot reinheidsgraad Sa 21/2
Verhitten van het te beschermen leidingsegment
Aanbrengen van de "fusion bonded epoxy"
Aanbrengen van een dunne laag adhesiemiddel
Aanbrengen van de polypropyleen- ofpolyethyleenlaag d.m.v. extrusie
Afkoelen van het segment en uitvoering van testen t.b.v. de kwaliteit van de coating en de
afdichting van de constructie.
6.1.3 Sintercoatingsvanpolyethyleen en epoxy
Polyethyleencoatings voor de bescherming van ondergrondse leidingen met grote diameters
worden in Europa het meest toegepast.
Het polyethyleen wordt in poedervorm op het staaloppervlak aangebracht en vervolgens gaat
dit, door verhitting (sinteren), over in een gesloten film. Na het samenvloeien van de poederdeeltjes
ontstaat een relatief dikke coating (meestal ca. 4 mm) met goede water(damp)werende
eigenschappen.
Het sinterproces vereist een hoge temperatuur van het staal (bij voorkeur 130-300°C) en kan
daarom niet overal worden toegepast. Het coaten van de staalonderdelen vindt meestal in de fabriek
plaats. Op beperkte schaal is het ook het in situ sinteren mogelijk, bijvoorbeeld voor het
bekleden van de lasnaden.
Tegenwoordig wordt polyethyleen het meest toegepast voor de bekleding van transportleidingen
omdat, het polyethyleen bij het sinterproces krimpvast om de leiding smelt en zich tegelijkertijd,
door chemische reacties in het grensvlak, aan het staal hecht.
Bij het bekleden van tunnelsegmenten zal het polyethyleen echter niet vastkrimpen en zal de
chemische hechting op het staal minder zijn. In deze nieuwe toepassing zuBen het sinterproces
en de voorbehandeling van het staal moeten worden aangepast.
Polyethyleen is zeer geschikt voor uitwendige bekleding en is goed ondergronds toepasbaar. Het
kan goed worden gecombineerd met kathodische bescherming. Vit de praktijkervaringen blijkt
een levensduur van 20-25 jaar zeer goed haalbaar.
87

De hechting van de coating op lange duur (na 10-15 jaren) is soms een probleem, vooral bij de
combinatie met kathodische bescherming.
Ondanks zijn taaiheid, wordt de polyethyleen laag vaak plaatselijk beschadigd tijdens de bouw
(onder de grond leggen) en ook als gevolg van wortelgroei onder de grond.
In het buitenland (USA, UK) worden sintercoatings op basis van epoxyhars veelvuldig gebruikt
als bekleding. De laagdikte bedraagt meestal ca. 0,5 mm. Het materiaal is harder (en brosser)
dan polyethyleen en daardoor mogelijk kwetsbaarder voor beschadigingen tijdens het bouwproces.
6.1.4 Oplosmiddelarme epoxy- en polyurethaansystemen
Deze coatingssystemen bestaan, voor ondergrondse toepassingen, meestal uit drie lagen met een
totale laagdikte van ca. 0,5 mm. Vanwege de prijs worden de verfproducten op basis van polyurethanen,
in de praktijk van het ondergrondse bouwen, alleen toegepast op die plaatsen waar de
esthetica (kleurvastheid) een vereiste is.
Soms wordt de mechanische sterkte en de impermeabiliteit voor vocht van deze coatings versterkt
door toevoeging van plaatvormige vulstoffen zoals glasflakes en mica.
Het in situ aanbrengen van de epoxy- en polyurethaanverven (b.v. voor het bijwerken van de
beschadigingen aangebracht tijdens montage- en laswerkzaamheden) geeft in de praktijk geen
problemen, hoewel aan voorwaarden gebonden met betrekking tot temperatuur en relatieve
vochtigheid.
In het algemeen ge1dt voor dit type coatings een temperatuurbestandheid van 90-130°C onder
droge condities en 60-80°C in aanwezigheid van vocht.
Deze coatingssystemen zijn goed te combineren met kathodische bescherming (een
potentiaalgebied van -800 tot -1100 mV t.o.v. de referentie-elektrode is hier gebruikelijk).
Het aantal in de handel verkrijgbare verfsystemen is zeer groot maar tot nu toe zijn ze weinig
toegepast in de praktijk van het ondergronds bouwen in Nederland. Wel zijn ze op grote schaal
toegepast voor het coaten van damwanden, in de scheepsbouw, bij offshore installaties en andere
grote waterwerken van Rijkswaterstaat die blootgesteld worden aan invloeden die vergelijkbaar
of ze1fs zwaarder zijn dan bij ondergrondse constructies.
Uit de resultaten van versnelde verouderingstesten blijkt dat sommige coatingssystemen een levensduur
van meer dan 40 jaar met gemak kunnen halen.
Bij het toepassen van deze systemen op tunnelsegmenten is de wijze van applicatie (kwasten,
rollen of spuiten) en de applicatieomstandigheden (fabrieksmatig of in situ) erg belangrijk voor
de te verwachten levensduur.
6.1.5 Oplosmiddelvrije epoxy- en polyurethaanystemen
De laatste jaren zijn er modeme coatingssystemen ontwikkeld, op basis van epoxy en
polyurethaan elastomeren, die geen oplosmiddel bevatten en die in vrij dikke lagen kunnen
worden aangebracht (meestal 0,5 tot 2 mm). De applicatie van de coating vindt meestal plaats
door middel van "hot-airless".
Karakteristiek van deze coatings is hun uitzonderlijke mechanische sterkte en slijtvastheid, die
hoger is dan die van polyethyleen. Dit maakt de coatings zeer geschikt voor op objecten die
onderhevig zijn aan zeer extreme omstandigheden of ruwe behandeling en aan een continue
waterbelasting, zoals bij ijsbrekers, waterkeringen, damwanden en boorinrichtingen.
88

Door toepassing van deze coatingssytemen op de buitenzijde van de tunnelwand zouden de beschadigingen
tijdens het aanbrengen van de tunnelsegmenten in de grond en later als gevolg van
wortelgroei en dergelijke tot een minimum kunnen worden beperkt.
Dit type coatings kan zeer goed worden gecombineerd met kathodische bescherming (tot een
potentiaal van -1300 mV t.o.v. de referentie-elektrode). Een levensduur van deze coatingssystemen
van minimaa150 jaar lijkt zeer aannemelijk. Vanwege de hoge prijs van de elastomeer
polyurethanen komen de epoxycoatings het meest in aanmerking voor de stalen tunnelbouw.
Als voorbeeld van oplosrniddelvrije epoxycoatings, die voor de uitwendige bescherrning van de
tunnelwand zouden kunnen worden gebruikt, kunnen worden genoemd:
- "Acraton CRT" Zandleven coatings
- "Interzone 1000" International Paint
- "Intershield Inerta 160" International Paint
- "Redox EP 3385" AKZO NOBEL coatings
- "Naviguard" Jotum Protective coatings
- "Sigmacover Armour Compound" Sigma Coatings
- "Sigrnacover Lening SF 23" Sigma Coatings
- "Amercoat 391 PC" Ameron
- "Amerlock 400 GFA" Ameron
6.1.6 Tapesen wikkelband
Tapes en bandages worden in de praktijk veelvuldig gebruikt voor de bescherrning van ondergrondse
pijp1eidingen tegen corrosie. De te gebruiken tapes en bandages moeten voldoen aan de
volgende eisen:
Hoge weerstand tegen veroudering
Temperatuurbestendigheid
Weerstand tegen impact en insnijding
Voldoende rek
Goede adhesie op de metalen ondergrond
Voldoende chemische resistentie
Lage diffusiesne1heid voor waterdamp en zuurstof
Goede elektrisch-iso1erende eigenschappen
In de handel zijn tapes en bandages van diverse kunststoffen verkrijgbaar. In de praktijk blijken
deze producten, op voorwaarde dat de instructies van de leveranciers stipt worden opgevolgd,
een zeer langdurige bescherming van ondergrondse stalen pijpleidingen te garanderen. De toepassing
van deze beschermingsvorm in de stalen tunnelbouw lijkt, gelet op de omvang van de
"buizen" en de prijzen van deze bekledingsmaterialen, twijfelachtig. Wel kunnen deze producten
worden gebruikt voor het bekleden van relatief kleine oppervlakken in situ, bijvoorbeeld de
lasnaden, als alternatief voor krimpmanchetten (verhitten) dan wel hot-airless gespoten verflaag
ofvlamgespoten polyurethaan. In [12] worden de resultaten vermeld van een studie naar de performance
van diverse coatings ten opzichte van een nieuw type tape en bandage, voor ondergrondse
toepassingen.
6.1.7 Metallieke coatings
Zink kan onder meer als corrosiewerende laag worden toegepast door:
de anodische werking van het zink ten opzichte van het staal en
89

de langzame corrosie als gevolg van het ontstaan van een afsluitende patina op het oppervlak.
In grondwater kan deze patina niet worden gevormd. Corrosiebescherming van staal met zink
bij ondergrondse toepassingen is daarom in principe alleen mogelijk in afwezigheid van
grondwater.
Vanwege de milieuaspecten kan worden verwacht dat, in de toekomst, zinkcoatings alleen in
combinatie met organische eindcoatings in de grond zullen worden toegepast.
Aluminium vertoont ongeveer een gelijksoortig gedrag als zink waardoor dit metaal in principe
geschikt is als corrosiewerende laag op staal. Het smeltpunt van aluminium (660°C) ligt belangrijk
hoger dan dat van zink (419°C). Dit maakt het aanbrengen van zuiver aluminium in
een dompe1proces in de meeste gevallen problematisch omdat bij de badtemperatuur de mechanische
sterkte-eigenschappen van het werkstuk worden aangetast.
Zuiver aluminium kan wel worden toegepast door middel van vlam- of vlamboogspuit. In Nederland
zijn diverse firma's gespecialiseerd in dit soort werk. Recente toepassingen van, bijvoorbeeld,
e1ektrisch gespoten aluminum-magnesium coating AIMg5 zijn de Erasmusbrug en de
stormvloedkering in de Nieuwe Waterweg.
In [7] wordt melding gemaakt van een succesvolle toepassing van een aluminium-duplex
systeem op een offshore platform. Delen onder water werden hier voorzien van een, met de
vlam gespoten, aluminiumcoating met daarover een meerlaags coatingssysteem, als voIgt:
verwijderen van eventue1e tijdelijke beschermingslagen en ontvetten;
stralen met staalgrit (mengsel GI7/24) en aluminiumoxide;
aanbrengen van twee lagen aluminium (2 x 100 /lm);
coatingssysteem.
Hierbij werd een polyvinyl butyral washprimer met een vinyl dekverf toegepast op de poten en
een siliconen deklaag toegepast op de production risers.
Geringe blaasvorming als gevolg van onvoldoende afsluiten door de vinyl deklaag en lichte
corrosie als gevolg van verontreinigingen in het straalmiddel (aluminiumoxide), tijdens de
voorbehandeling werden waargenomen.
6.1.8 Cementbeton
Voor de bescherming van tunneldelen die onder water komen te liggen is een cementbetonnen
bekleding zeer goed geschikt. Deze heeft een tweeledige functie, namelijk: verhoging van de
stabiliteit op de bodem (het grote gewicht voorkomt het opdrijven van de tunnel) en corrosiebescherming.
De geboden corrosiebescherming heeft twee achtergronden. Fysisch werkt de betoncoating
als een barriere voor chloride en zuurstof, zoals ook een organische coating. Chemisch
beschermt de hoge pH het staal tegen corrosie doordat een ondoordringbare oxidehuid
wordt gevormd (passivering). Door de grote fysische dichtheid en de chemische passivering
behoeft staal in beton, respectievelijk met beton bekleed staal, geen bescherming bij een toch
zeer lange levensduur.
De betoncoating mag slechts in geringe mate bijdragen aan het verhogen van de stijfheid van de
constructie, zodat tijdens het leggen het buiggedrag niet of nauwelijks wordt be'invloed en zodat
het staal, in de laszones, niet door overstressing gevaar loopt.
90

Een gunstig aspect is dat de betoncoating in een mechanische bescherming van de tunnelwand
tegen impact van scheepsankers, vistuig en visgerei voorziet. Hiervoor zijn impact testmethoden,
met daaraan verbonden criteria ontwikkeld; het beton moet om de wand blijven zitten, ook
wanneer de coating is beschadigd en de wapening aan de oppervlakte ligt. De samenstelling van
het beton en de wapening (tegenwoordig vaak gelast gegalvaniseerd gaas) zijn hier van
wezenlijk belang.
De betoncoating dient bovendien voldoende gewapend en sterk te zijn om te voorkomen dat
deze tijdens het leggen van de segmenten, vooral ter plaatse van de "tensioners", kapot wordt
gedrukt.
Vaak ontstaan bij het leggen scheuren in het beton. Door de aanwezigheid van een verdeelnet in
het beton als wapening worden de scheuren beter verdeeld en de scheurwijdten beperkt.
Vanwege deze onvolkomenheden in de betoncoating zal het voor een lange levensduur gewenst
zijn kathodische bescherming toe te passen.
De tunneldelen zullen in de praktijk op het land bekleed moeten worden en op zee aan elkaar
gelast en gelegd. Bij de lassen is geen beton aanwezig.
Voor het aanbrengen van de betonnencoating worden in de praktijk diverse methoden toegepast.
Momenteel is de "Impingement methode" wereldwijd de meest verbreide gebruikte methode.
Hierbij wordt in horizontale dan wel vertic ale richting een vrij droog betonmengsel door middel
van rubber rollen of staalborstels met hoge snelheid (25-30 meter per seconde) tegen de roterende
pijp geworpen.
Bij fabrieksmatige productie van een betoncoating kan de dichtheid ervan zeer goed zijn. In
milieus met een hoog chloridengehalte kan door hoogovencement toe te passen een zeer lange
bescherming worden verkregen; in milieus met een laag chloridengehalte is de keuze van de cementsoort
minder belangrijk [8].
6.2 Bescherming van de binnenzijde van de tunnelwand
In het algemeen zijn er voldoende mogelijkheden om het staaloppervlak aan de binnenzijde van
de tunnel te beschermen (er is geen beton op het staal aanwezig!). Zelfs wanneer de esthetic a
een belangrijk vereiste is (graffiti-probleem!) is het mogelijk om, met behulp van de bestaande
organische coatings, dit probleem het hoofd te bieden.
In het algemeen zal de voorkeur worden gegeven aan coatings met een zeer glad oppervlak,
waardoor koperen deeltjes (bij spoorwegtunnels), vuil, remstof en vette uitlaatdelen van het
gemotoriseerde verkeer zich niet zo makkelijk hechten aan het gecoate oppervlak en zich
eenvoudig laten verwijderen.
De meest in aanmerking komende organische oplosmiddelarme of oplosmiddelvrije (koud
verspuitbare) "protective coatings" voor deze toepassing bestaan voornamelijk uit epoxy-,
epoxyfenol- en polyurethaanharsen.
De keuze van de in een bepaalde situatie toe te passen voorbehandelingsmethoden en
verfsystemen kan eventueel worden gemaakt aan de hand van de keuzeschema's uit ISO-norm
12944 die ook van toepassing is voor thermisch verzinkt staal [21]. In deze norm worden onder
andere ook de eisen genoemd waaraan de diverse verfsystemen moeten voldoen.
Deze ISO-norm is inmiddels, via een NPR, aan de Nederlandse situatie aangepast [22].
Een bijzonder geval vormen de verkeerstunnels. Aan het conserveringswerk van dit type tunnels
moeten zeer strenge eisen worden gesteld. Dit komt omdat hier veel condensvorming op de
91

wand kan optreden en het milieu in de tunnel agressief is door het verkeer. Als gevolg hiervan
ontstaat binnen in de tunnel een klimaat dat in de categorie "zeer agressief' kan vallen.
De hier toegepaste coatings moeten derhalve een goede resistentie hebben tegen een groot
aantal stoffen, zoals wegenzout, vocht en koolwaterstofverbindingen.
Ook het coaten van de waterleidingen ten behoeve van het drainage- en brandblussysteem in de
tunnel vormt een belangrijk punt van aandacht (zie ook 6.4).
Voorbeelden van coatings die in het verleden bij tunnels zijn toegepast zijn:
"Novaguard" van de firma Sigma Coatings USA, "PSX 700" (toegepast in de Eurotunnel),
"PSX 700" en "Amerlock 400" (beide toegepast in de London Underground). Deze twee laatste
producten worden door de firma Ameron Coatings geleverd.
6.3 Toepassing van coatings en KB
De meeste ervaringen met de toepassing van coatings in combinatie met KB zijn opgedaan bij
pijpleidingen onder de grond. Deze ervaringen hebben geleerd dat het in de praktijk moeilijk is
om een ongecoate ondergrondse staa1constructie kathodisch te beschermen. Dit komt omdat de
stroomdichtheid, nodig voor de volledige bescherming van het staaloppervlak, vrij groot is
waardoor een hoge (plaatselijke) elektrische weerstand (IR-drop) in de grond kan optreden. Het
hoge elektriciteitsverbruik in dit geval kan (vooral bij grote oppervlakken) de exploitatiekosten
van de constructie sterk nadelig beYnvloeden.
Dit blijkt ook uit een recent ECSC-onderzoek [32] naar de door bacterien geYnduceerde snelle
aantasting van stalen damwanden op geringe diepte onder het water. Op grond van de resultaten
van dit onderzoek wordt aangeraden om, in geval van bacteriele corrosie, altijd KB in combinatie
met een coating toe te passen.
In de praktijk blijkt dat de kwaliteit van de coating op de buitenzijde van de ondergrondse constructie
niet overal even goed is. Dit kan een gevolg zijn van onder andere:
- Een slechte keuze in de ontwerpfase (de coating is niet geschikt voor de heersende condities).
- Een slechte (of onregelmatige) voorbehandeling van het staaloppervlak en een slechte applicatie
van de coating.
- Beschadigingen aangebracht tijdens het vervoer, leggen, monteren en afdekken van de tunnelsegmenten
(in de praktijk blijkt dat de omvang van het beschadigde coatingsoppervlak
tijdens deze activiteitenen niet meer dan 1% van het totale oppervlak bedraagt. Dit kan nog
minder worden door strenge voorschriften en optimale inspecties).
- De desintegratie (veroudering) van de coating met de tijd, als gevolg van wortelgroei, chemische
invloeden van de omgeving, spanningen in de constructie, etc.
De beslissing over het wel of niet toepassen van KB, in geval van een gecoat staaloppervlak, zal
worden genomen op grond van de verwachte (geschatte) aantasting van het staal in de bodem,
ter plaatse van de beschadigingen in de coating. Deze aantasting kan worden geschat door
middel van de evaluatiemethoden die zijn behandeld in hoofdstuk 4.
De praktijk heeft geleerd dat het niet verstandig is om een gecoat staaloppervlak onder de grond
te brengen (waar een hoge agressiviteit heerst) zonder dit kathodisch te beschermen. Dit is
vooral van toepassing op plaatsen waar zwerf- of interferentiestromen aanwezig zijn.
92

Interferentiestromen concentreren zich op de zwakke plekken of pori en ("holidays") in de
coating waardoor zeer hoge stroomdichtheden kunnen worden bereikt, met als resultaat emstige
corrosie op deze plaatsen en een verkorting van de levensduur van de staalconstructie [26].
Voor een optimale corrosiebeheersing van staalobjecten onder de grond en/of het water is de
combinatie van KB en coatings een zeer gangbare methode in de praktijk
In het algemeen geldt dat, bij kwalitatief goed beklede staalconstructies, de stroomspreiding bijzonder
regelmatig verloopt zodat dan relatief weinig anoden nodig zijn.
Een goede coating is dus bij kathodische bescherming steeds gunstig, omdat de stroombehoefte
voor de constructie relatief laag is; een coating van goede kwaliteit kan het stroomverbruik met
een factor groter dan 1.000 verlagen [25].
De positieve synergie [9], die ontstaat bij de combinatie van coatings en KB, bestaat uit het feit
dat de coating de aantasting van het staaloppervlak voorkomt of vermindert (de zogenaamde
passieve bescherming) en daardoor het gebruik van dunnere stalen platen mogelijk maakt, terwijl
de KB corrosie ter plaatse van de zwakke zones in de coatinglaag voorkomt (de zogenaamde
actieve bescherming) en tevens de schadelijke effecten van corrosie naar een, van tevoren
vastgestelde locatie (de anode), verplaatst.
Een en ander elimineert grotendeels de noodzaak van onderhoud van het staaloppervlak.
Door een goed ontwerp en een goed afgestelde regeling van het KB-systeem is het verder
mogelijk om de levensduur van de constructie en van de coating aanzienlijk te verlengen [13].
Een goed gedocumenteerd evaluatieprogramma voor diverse types coating onderhevig aan KB
wordt omschreven in [30].
De proeven werden ter plaatse, bij een traject van de "Trans Canada Pipeline's System", uitgevoerd.
Beproefd werden coatings op basis van gesinterde Epoxy (E), Koolteerepoxy enamel
(CTEN), asphalt enamel (AE), polyethyleen tape (PET), asphalt mastic (AM) en Polyurethaan.
Een aandachtspunt is het feit dat problemen kunnen ontstaan bij gemeenschappelijke kathodische
bescherming van tunnelonderdelen die vlak bij elkaar liggen. Dit kan gebeuren bij twee
parallel lopende tunnelgangen, waarvan de onderhoudstoestand van de gecoate oppervlakten
sterk van elkaar verschillen, en onderlinge interferentie optreedt ten gevolge van lekstromen via
de beschadigingen in de coating.
Ook moet men er voor oppassen dat geen olieverven (alkydverf en dergelijke) worden toegepast
voor de uitwendige conservering van de tunnelwand, omdat deze verftypen de neiging hebben
tot verzeping onder invloed van de hoge pH die kan ontstaan tijdens de KB. Dit geldt ook voor
thermisch aangebrachte metallieke coatings (aluminium of zink). In dergelijke gevallen geldt
dat de beschermingspotentiaal zo dicht mogelijk bij de benodigde waarde moet worden
gehouden. Overprotectie moet te allen tijde worden voorkomen.
Figuur 21 geeft een overzicht van de geregistreerde stroomdichtheden (in flAlm2) als functie
van de tijd voor de diverse coatings (zie ook tabellen 21 en 22).
Uit de grafieken van deze figuur blijkt dat de gesinterde epoxy en de koolteerepoxy, op lange
termijn gezien, het meest stabiel waren (weinig degradatie of cathodic disbonding onder invloed
van KB).
Opmerking: De stroomverbruikgegevens vermeld in deze figuur 21 en tabellen 21 en 22 voor
de diverse coatings zijn interessant in verb and met de berekening van de kosten bij toepassing
van KB met opgedrukte stroom. Deze waarden worden tevens in de praktijk gebruikt als
criterium bij afnamekeuring van de corrosiewerende coatings. Hierbij dient echter de nodige
omzichtigheid in acht te worden genomen.
93

Een voorbeeld van een tunnel met een corrosiebeschermingssysteem bestaande uit een coating
met daamaast KB is de "Conway Crossing", in Engeland.
Bij deze tunnel is aan de buitenzijde een 6 mm niet-constructieve staalplaat aangebracht voor
een waterdichte afsluiting, met daarop aangebracht een bitumen coating en een zinkanode (opofferingsanode).
Door de combinatie van bitumen coating en KB is de verwachte levensduur ca.
120 jaar.
Figuur 21. Stroomdichtheid nodig voor de bescherming van staal als functie van de tijd en het
type coating.
6.4 Cathodic disbonding
De beschermende effectiviteit van een coating is voor een groot deel afhankelijk van zijn weerstand
tegen het optreden van "cathodic disbonding" ter plaatse of in de omgeving van de aanwezige
zwakke plekken ofk1eine beschadigingen ("holidays") in de coatinglaag.
De ervaringen hebben namelijk geleerd dat, bij toepassing van KB, 'de aanwezigheid van een
enkel defect of discontinuiteit in de coating de aanleiding kan zijn voor het plaatselijk loslaten
("disbonding") van de coatinglaag. Dit komt omdat het, aan de bodeminvloeden blootgestelde,
staaloppervlak zich als kathode en de aangrenzende (gecoate) zone zich als anode gedragen.
Als gevolg van de corrosiereacties ontstaat "disbonding" van de coating op die plaatsen die aan
de beschadigde plekken grenzen.
De corrosiesnelheid van het staal in en in de nabijheid van de onbeschermde plekken is in de
rege1 veel hoger dan bij een volkomen onbeschermd staaloppervlak, omdat de stroomdichtheden
die op deze plaatsen heersen zeer hoog kunnen zijn.
Het optreden van de degradatie ("cathodic disbonding") van de coating in aanwezigheid van KB
is in het verleden uitvoerig onderzocht. De publicaties in de literatuur zijn echter niet altijd even
betrouwbaar omdat het vaak resultaten zijn van onderzoeken die door de leveranciers van de
94

coatings zelf zijn verricht (de ene coating zou beter zijn dan de andere). In andere gevallen zijn
resuitaten van diverse onderzoekers onderling tegenstrijdig [27-28].
Een duidelijke verklaring voor het ontstaan van cathodic disbonding is nog niet gevonden.
Volgens sommige onderzoekers [10-11] zijn de producten, die ontstaan door de reductie van
zuurstof (loog en peroxide) en niet het ontstane waterstofgas, verantwoorde1ijk voor het versneide
verlies van de hechting van de coating op het staaIoppervlak. Gedegen studies over het
mechanisme van "cathodic disbonding" worden in [29] en [33-35] gerapporteerd.
In [38-39] worden de, in de praktijk meest gebruikte standaard testmethoden om de weerstand
van een coating tegen het optreden van cathodic disbonding vast te stellen, behandeid.
De aanwezigheid van beschadigingen in de coating, ais gevoig van Iaswerk, vervoer , en montagewerkzaamheden,
moet derhaive zoveel mogelijk worden vermeden. Optimale bekleding van
naden/Iassen, verbindingsmiddeIen, flenzen, etc. is een vereiste voor het realiseren van een
goede kathodische bescherming in combinatie met een coating.
6.5 Eisen ten aanzien van eigenschappen van de coatings
In de beoordelingsrichtlijnen (BRL' s) voor het coaten van tanks met epoxy en polyurethaan, opgesteid
door KIWA, wordt een eisenpakket geformuleerd dat ook voor tunneIbouw grotendeeis
zou kunnen ge1den. Het eisenpakket met betrekking tot de eigenschappen van de coatings voor
de bescherming van de buitenzijde van de tunnelwand kan ais voIgt worden samengevat:
bescherming bieden tegen corrosie/aantasting in zure grond, verontreinigd grondwater en
een beperkt aantal chemicalien en oplosmiddelen;
temperatuurbestendigheid tussen 0 en 40 a 80°C;
goed hechtend en porienvrij
ongevoelig voor drukbelasting (geen krimp);
ongevoe1ig voor mechanische belasting (hardheid, elasticiteit en krasbestendig);
geringe water( damp) doorlatendheid;
voidoende hoge elektrische weerstand.
Bij toepassing van KB in combinatie met coatings zullen deze Iaatste bovendien inert moeten
zijn (geen actieve pigmenten bevatten), goede mechanische eigenschappen en voidoende e1ektrisch
isolatievermogen bezitten, een goede hechting hebben op de stalen ondergrond en voldoende
weerstand bieden tegen onthechting ("kathodic disbonding") rondom bekledingsbeschadigingen,
om het binnendringen van water tussen bekleding en staaIoppervlak te voorkomen.
Daarnaast dient de bekleding bestand te zijn (geen "disbonding") tegen potentialen van -50
tot -1100 mV t.o.v. de referentie-elektrode Cu/CUS04'
Een aanvullende eis moet dan wel zijn dat voornoemde eigenschappen gedurende de geplande
Ievensduur van ca. 75 jaar (oflanger) behouden dienen te blijven.
Momenteel is een Europese norm in voorbereiding met de eisen waaraan de polyurethaancoatings
moeten voidoen, voor toepassing in ondergrondse situaties [23].
Ook is een dergeIijke norm in voorbereiding voor epoxycoatings [24].
In [6] worden de eisen vermeId, die onder meer voor het uitwendig bekleden van pijpIeidingen
zijn vastgesteId, gebaseerd op de studieresultaten en praktijkervaringen sinds 1967.
In genoemde publicatie worden de verschillende opties besproken, te weten:
asfaltbitumen met glasvezels (zie ook NEN 6910 [2]);
koolteerpek;
geextrudeerd of gesinterd polyethyleen;
95

epoxy en epoxy koolteer;
cementbeton.
Voor meer gedetailleerde materiaal- en systeemeisen van corrosiewerende bekledingen (vervoer,
aanleg, inspectie, etc. wordt naar NEN 3650 verwezen.
Van belang zijn ook de specifieke eisen voor de bekledingen die aan de binnenzijde van een
bepaalde stalen tunnel moeten worden toegepast. Met betrekking tot de specifieke omstandigheden
aan deze zijde van de tunnels moeten eisen worden geformuleerd betreffende het zure
milieu, de vochtigheid c.q. de waterdampcondensatie en de vervuiling.
Hiervoor zou men o.a. de richtlijnen vermeld in de ISO-norm 12944 kunnen toepassen. Deze
richtlijnen dienen echter voorzichtig te worden gehanteerd voor de buitenzijde van ingegraven
tunnels omdat deze norm niet specifiek is opgesteld voor niet-inspecteerbare toepassingen en
ook omdat geen rekening wordt gehouden met een levensduur van 50 jaar en meer.
Om veiligheidsredenen kunnen ook speciale eisen gelden voor brandbaarheid en het vrijkomen
van giftige dampen bij brand of andere calamiteiten aan de binnenzijde van de tunnel.
In het algemeen worden zeer hoge eisen gesteld aan de conservering van bijvoorbeeld waterleidingen,
pompen, etc. ten behoeve van het drainagesysteem en de leidingen ten behoeve van
de brandblusinstallatie. Als voorbeeld wordt in tabel 17 een overzicht gegeven van de criteria
waaraan de coatings voor de bescherming van de drainageleidingen, volgens de technische omschrijvingen
van de Kanaaltunne1 (hoofdstuk "Performance"), moesten voldoen. De in de tabel
genoemde eisen komen ongeveer overeen met de eisen die, in het algemeen, aan ondergrondse
en onderwater staa1constructies worden gesteld [31].
Tabel17 Kwaliteitseisen waaraan coatings voor ondergrondse toepassingen dienen te voldoen.
Eigenschap Acceptatie-eisen
48 uren bij 25 DC: 6 mm radius
28 dagen bij 25 DC:8 mm radius
Cathodic Disbondment 48 uren bij 65 DC: 6 mm radius
(ASTM G8) 28 dagen bij 65 DC:10 mm radius
28 da~en bij 98 DC:15 mmradius
Immersie in heet water (ISO 281212) Geen defecten na minimaal 1000 uren
Hechting (ISO 4624) > 5.0 Mpa
Contaminatie Moet beperkt blijven tot 25% van het oppervlak
Impact (ASTM D2794) Minimaall,5 Joule
Flexibiliteit Minimaal4D per pijpstuk
Slijtage (ASTM D4060) Tabor CS 17 Wheel: 1000 g load 1000 cycle maximaal 50
g gewichtsverlies
Waterabsorptie MaximaaI4,5% bii 98 DC
Weerstand tegen motorolie Volkomen resistent
Hardheid (NEN 6905) Na 1 uur in MIBK maximaal20% afname
Poriedichtheid Niet relevant
Waterpermeabiliteit 1,5 g/mm 24h 1m2
Roestvorming (ISO 4628-3) Rating 0
Cracking (ISO 2628-4) Rating 0
96

6.6 Brandvertragende (of brandwerende) coatings
6.6.1 lnvloed van brand op staalconstructies
Als gevolg van de temperatuur stijging tijdens een brand stijgt de temperatuur van de
constructie. Afhankelijk van de duur van de brand zal het staal na een bepaalde tijd die
temperatuur bereiken (de zogenaamde "kritische temperatuur)" waarbij het zijn sterkte verliest.
Welke de kritische temperatuur voor staal precies is, is niet overal eenduidig vastgesteld. Zo
worden in Nederland als kritische temperaturen gehanteerd:
400 °e voor kolommen
500 °e voor liggers en
600 °e voor overige delen.
In Belgie daarentegen hanteert men een kritische temperatuur voor alle staalonderdelen, namelijk
540 °e.
Het tijdstip waarop deze temperatuur wordt bereikt is sterk afhankelijk van het staalvolume: een
licht, dun, profiel bereikt onder gelijke condities veel sneller zijn kritische temperatuur dan een
zwaar, dik profiel. Hoe massiever de doorsnede van het profiel is, hoe meer calorieen nodig zijn
om het staal een bepaalde temperatuur te laten bereiken. Als voorbeeld:
Een HEA 300 profiel (NEN-EU-l9) heeft een buitenoppervlak van 1.72 m2 per meter, terwijl
het staalvolume 0,0113 m3per meter bedraagt.
Een HEM 300 profiel (NEN-EU-53) heeft een buitenoppervlak van 1.84 m2 per meter en een
staalvolume van 0,0303 m3per meter.
De hoeveelheid aan het staal doorgegeven warmte wordt bepaald door de grootte van het oppervlak,
dit ligt voor de beide profielen in dezelfde orde. Derhalve wordt per tijdseenheid een
praktisch gelijke hoeveelheid warmte naar de profielen toegevoerd.
De hoeveelheid staal is echter bij het HEM 300 profiel ca. 2,5 maal zo groot als bij het HEA
300 profiel. Resultaat: de opwarming van het HEM 300 profiel zal aanzienlijk trager zijn dan
de opwarming van het HEA profiel.
De beide profielgrootheden : profiel oppervlaklm en staalvolume/m zijn derhalve bepalend voor
de temperatuurstijging.
Het verband tussen beide grootheden wordt de "massiviteit" van een profiel genoemd. Deze kan
worden bepaald met behulp van de formule:
Massiviteit =
Buitenoppervlakte in m2 per strekkende meter profiel
Staalvolume in m3per strekkende meter profiel
6.6.2 Klassering van de brandvertragendebekledingen
Onder "brandwerendheid" wordt officieel verstaan: de tijdsduur gedurende welke een bouwconstructieweerstandbiedt
aan verhittingbij beproevingvolgens NEN 6069.
Toepassing van brandvertragende (of brandwerende) bekledingen (en van brandvertragende
coatings in het bijzonder) is een gangbare methode om een staalconstructie tegen brand te beschermen.
Brandvertragende systemen worden ingedeeld volgens de hieronder volgende
"tijdsklassen":
(11)
97

15 minuten, 20 minuten, 30 minuten, 60 minuten,
90 minuten, 120 minuten, 3 uur, 4 uur en 6 uur.
Dit houdt in, dat bouwonderdelen bekleed met een aldus ingedeeld systeem hun functie
gedurende die bepaalde periode blijven vervullen. De kritische temperatuur mag niet eerder dan
na de tijdsinterval vermeld in de tijdsklasse worden bereikt indien de onderdelen worden
onderworpen aan de genormaliseerde thermische belasting (= standaard brandcurve = ISO
curve). Bij tussenliggende waarden wordt geklasseerd door naar de dichtstbijzijnde lagere klasse
afte ronden. Voorbeeld: 32 minuten, maar ook 58 minuten wordt afgerond tot de klassering 30
minuten, terwijl 62 minuten als 1 uur wordt geklasseerd.
Welke "tijdsklasse" in een bepaald project van toepassing is wordt meestal vermeld in het programma
van eisen, in het bestek of in de technische omschrijving. Zo heeft NS Railinfrabeheer
(Projectbureau Betuweroute) de brandwerendheidseis voor de Botlek Spoortunnel als voIgt
geformuleerd:
"De tunnelconstructie dient een hitte belasting ten gevolge van brand volgens de RWSgrafiek
gedurende 120 minuten te kunnen weerstaan zonder dat er noemenswaardige
schade aan de tunnelconstructie ontstaat".
6.6.3 Toepassingvan brandvertragendecoatings
Het is mogelijk om bepaalde verftypen actief brandbeperkend te maken door er stoffen aan toe
te voegen die bij hoge temperaturen tot schuim opzwellen (of zich opblazen), waardoor ze
warmteisolerend werken of dovende gassen vrijkomen.
Afgezien van enkele speciale producten zijn de schuimvormende producten onvoldoende
warmte-isolerend om langdurige bescherming tegen de inwerking van brand te bieden.
De huidige brandvertragende coatings van goede kwaliteit zijn wel in staat om de effecten van
een brand gedurende 30 tot 90 minuten, in overeenkomst met de standaard temperatuur-tijdkromme
ISO 834, probleemloos te weerstaan.
De temperatuurontwikkeling van het staal is in dit geval afhankelijk van zowel de massiviteit
van het staaldeel als van de warmteoverdrachtscoefficient en de dikte van de aangebrachte
brandvertragende bekleding. De dikte van deze laatste is weer afhankelijk van:
de te beschermen staaldoorsnede en
de vereiste duur van de bescherming tegen brand.
Een brandvertragend coatingssysteem bestaat vaak uit:
Een corrosiewerende verflaag, die op het gestraalde staaloppervlak wordt aangebracht.
Een isolerende laag op basis van water verdunbare epoxy-polyamide-combinaties waaraan
specifieke toeslagstoffen, die een zeer lage warmtegeleidingscoefficient bezitten, zijn toegevoegd.
Een brandvertragende laag op basis van oplosmiddelhoudend vinylhars gevuld met specifieke
toeslagstoffen die de laag tijdens brand doen schuimen.
Een toplaag die de grove, poreuze, brandvertragende laag afsluit ofbeschermd (meestal zijn
de brandvertragende lagen vochtgevoelig).
Zijn de massiviteit van het te beschermen staalprofiel en de vereiste tijdsduur (tijdsklasse) van
de brandbescherming eenmaal vastgeste1d, dan kan men de dikte van de aan te brengen
98

andvertragende coating vaststellen, hierbij gebruikmakend van de tabellen van de
productleverancier.
In tabel 18 worden, als voorbeeld, enkele waarden vermeld, overgenomen van de specificaties
van de firma AKZO-Intemational Paint, betreffende het "Interbond FP Intumescent Protection
System". Dit Interbondsysteem is alleen van toepassing in droge ruimten. Het kan worden aangebracht
zowel in de werkplaats als op de bouwplaats, bijvoorbeeld na montage van de tunnelsegmenten.
De duur van de brandbescherming is getest conform de British Standard 476, deel 8/20). Dit
vertragende systeem bestaat in de regel uit:
Een corrosiewerende primerlaag ("Interguard 251", op basis van epoxy-zinkfosfaat), aangebracht
op het staaloppervlak dat van tevoren tot reinheidsgraad Sa 2Y2is gereinigd.
Een laag (of eventueel meerdere lagen) van het product "Interbond FP (totale dikte van de
droge laag conform de massiviteitfactor van het te beschermen staaldeel en de vereiste
brandvertragingsinterval (zie tabel 18).
Een afdichtinglaag (ca. 60 !lm dik) van, bijvoorbeeld, het product "Intersheen 54".
Als richtprijzen van dit systeem kunnen worden gegeven (volgens informatie van de leverancier,
all-in inclusief voorbehandeling en exclusief steigerwerk):
Bij een tijdsklassevan 30 minuten: f 75,-- per m2
Bij een tijdsklasse van 60 minuten: f 150,-- per m2
Naast genoemd brandvertragend systeem van AKZO-Intemational Paint kunnen als voorbeeld
worden genoemd de systemen:
"CONTRA-FLAM 3810", van de Deense firma Hempel
"Pyrotec S30", van de Nederlandse firma Flexchemie B.V.
Als voorbeeld wordt in figuur 22 de relatie weergegeven tussen de staalmassiviteit (F/A) en de
duur van de brandwerendheid voor het systeem "Pyrotec S30", bij drie kritische temperaturen
(600, 500 en 400 °q.
Opmerkingen:
- Bij de keuze van het toe te passen brandvertragende systeem dient rekening te worden gehouden
met de voorwaarde dat, tijdens brand, geen rook of toxische gassen door de ontleding
van de producten mogen ontstaan. De producten moeten de hiertoe ontwikkelde testmethoden
met succes hebben doorstaan [36, 37].
- Om de efficiency van het brandvertragende systeem te verhogen wordt aanbevolen om altijd
een hechtprimer (die tijdens de brand niet onleedt en die tevens als corrosiewerende primer
fungeert) tussen het staaloppervlak en de brandvertragende laag aan te brengen. Door de
goede hechting tussen het staal en het brandwerende materiaal zijn geen inwendige versterkingen
meer nodig.
Wanneer een zinkhoudende primer wordt gespecificeerd dient een epoxy-tussensealer te
worden aangebracht om hechtingsproblemen tussen de anti-corrosieve primer en de
brandvertragende laag te vermijden.
- In geval van hogere tijdsklassen (zoals de reeds genoemde eis van NS Infrabeheer) worden
in de praktijk brandvertragende compounds aangebracht met diktes varierend tussen 25 en 50
rom (voor tijdsklassen van 120 tot 150 minuten).
99

Tabel18 Droge laagdikte van de brandvertragende coating als functie van de staalmassiviteit
en de gewenste tijdsklasse.
Tijdsklasse Type staalprofiel Massiviteit profiel (m'l) Dikte coating (~m)
(in minuten)
90 Universele profielen 20-155 2.335
60 Ronde holle profielen 20-80 1.725
60 Ronde holle profielen 81-140 2.525
60 Ronde holle profielen 141-210 3.125
60 Vierkante ofrechthoekige 20-110 2.325
profielen
60 Vierkante ofrechthoekige 111-170 2.825
profielen
30 Ronde holle profielen 20-180 325
30 Ronde holle profielen 181-230 525
30 Ronde holle profielen 231-310 1.825
30 Vierkante ofrechthoekige 20-220 825
profielen
30 Vierkante of rechthoekige 220-310 2.825
c
'E
80 ~
70
60
50
"tJ
"" ~ 40
c:
u
Ci
~
"tI
c:
~ 30
20
10
profielen
tk =600°C
tk =500°C
tk =400°C
O' 40 80 120 160 200 240 280
Figuur 22.
100
%(m-I)-
Relatie tussen de staalmassiviteit en de duur van de brandwerendheid bij drie kritische
temperaturen) van het systeem "Pyrotec S30" van de ftrma Flexchemie B.V.

6.7 Literatuur
1. R. Narayanan, T.M. Roberts: "Double Skin Composite Construction for Submerged
Tube Tunnels. Composite Construction in Steel and Concrete II.", Proceedings of an
Engineering Foundation Conference, ASCE, juni 1992.
2. NEN 6901 t/m 6913. Richtlijnen met betrekking tot de bescherming van ondergronds aan
3.
4.
5.
6.
7.
te leggen stalen buizen en hulpstukken.
Bestek sluisdeuren Oosterscheldkering.
Bestek Haringv lietsluizen.
Bestek Koninklijke Marine, afdeling Scheepsbouw.
Pijpleidingen code. Uitgave Provincie Zuid Holland, Koningskade 1, 's Gravenhage.
T. Rosbrook et. al.: "Flame-sprayed Aluminium Coatings Used on subsea Components",
Korrosion, Dresden 18 (1987), 4.
8. R.B. Polder, J.M. bijen: "Corrosie van wapening en andere metalen in beton", Corrosie
en Corrosiebestrijding, deel8, NCC, 1995.
9. J.F. Delahunt, A.B. Salim, "Protective coatings and Cathodic Protection in the petroleum
and petrochemical industry",
48-55, november 1992.
Journal Protective Coatings Linings, vol. 9 (11), biz.
10. J.H. Payer. B. Trautman, D. Gervasio, I. Song: "Role of coating/oxide/steel Interfaces
on Cathodic Disbonding of Pipeline Coatings", Publicatie: Materials Society, Pittsburg,
Pennsylvania, 1993., bIz. 21-26
11. J.H.. Payer, B. Trautman, D. Gervasio: "Methods to Determine the Role of Electro
Chemical Reduction Products on Coating Disbonding from Cathodically Protected Steel" ,
workpaper uit het symposium "Polymeric Materials Science and Engineering",
Denver, Colorado, USA, 1993.
vo1. 48,
12. J. D. Kellner, J. M. Serra: "Recent Developments in Polymere Pipeline Coatings", Pipes
and Pipelines International, vol. 40 (6), bIz. 30-39, november-december 1995.
13. P. Kaiser: "Coatings and Cathodic Protection; Enemies or Friends?", Maintaining
Structures with Coatings, Proceedings of SSPC 1991, National Conference and Exhibition,
Pittsburgh, USA, 1991.
14. prEN 10285: "External Three-Layer Extruded Polyethylene-Based Coatings"
15. prEN 10286: "External Three-Layer Extruded Polypropylene-Based
16. prEN 10287: "External Fused Polyethylene-Based Coatings"
Coatings"
17. prEN 10288: "External Two-Layer Extruded Polyethylene-Based Coatings"
18. prEN 10289: "External Liquid-Applied Epoxy and Epoxy-Modified Coatings"
19. prEN
tings" .
10290: "External Liquid-Applied Polyurethane and Polyurethane-Modified Coa-
20. prEN 10240: "Internal and/or External Protective Coatings for Steel Tubes. Specification
for Hot Dip Galvanised Coatings Applied in Automatic Plans."
21. ISO-norm 12944: "Paints and varnishes. Corrosion protection of steel structures by
22.
protective paint systems", delen 1 t/m 8.
NPR 7452: "Toelichting op NEN-EN-ISO 12944 Verven en vernissen. Bescherming van
staalconstructies tegen corrosie door middel van verfsystemen"; Deel 1: "Algemene
informatie"; Deel 2: "Indeling van de klimaatklassen"; Deel 3: "Ontwerpcriteria"; Deel
4: "Soorten oppervlakken en oppervlaktevoorbehandeling"; Deel 5: "Beschermende
101

verfsystemen"; Deel 6: "Laboratorium beproevingsmethoden voor het vaststellen van
prestaties"; Deel 7: "Uitvoering van en toezicht op schilderwerkzaamheden"; Deel 8:
"Ontwikkeling van specificaties voor nieuw werk en onderhoud".
23. prEN 10290: "Steel tubes and fittings for on and offshore pipelines - External liquid
applied polyurethane-modified coatings" .
24. prEN 10289: "Steel tubes and fittings for on and offshore pipelines - External liquid
applied epoxy and epoxy-modified coatings"
25. A.W. Peabody: "Control of pipeline Corrosion", Houston, TX: NACE, 1967.
26. M. Romanoff: "Underground Corrosion", Houston, TX: NACE, 1989 en NBS Circular
579, 1957.
27. G. Mills: "External Recoating of In-Service Pipelines in the Ditch. Results of a Three-
Year Study", CORROSION, 89, paper no. 419, Houston, TX: NACE, 1989.
28. C.G. Munger, R.C. Robinson: Materials Performance, 20, 7 (1981), bIz. 46
29. J.A. Beavers, N.G. Thompson: "Corrosion Beneath Disbonded Pipeline Coatings",
Materials Performance, aprill967, bIz. 13-19.
30. J.L.Nanach: "Pipeline Coatings - Evaluation, Repair and Impact on Corrosion Protection
Design and Cost", Corrosion/87, paper nr. 29 (Houston, TX;NACE,1987).
31. NORSOK standaard M-CR-50l, Rev. 2, januari 1996.
32. Profil Arbed: "Prevention of Accelerated Low-water Corrosion on Steel Piling Structures
due to Microbially Influenced Corrosion Mechanisms", february 1998.
33. N. Kamanaland, G. Gopalakrishnan, e.a.: "Role of Hydrogen and Hydroxyl Ion in
Cathodic Disbondment", Anti-Corrosion Methods and Materials, vol. 45, no.4, 1998,
bIz. 243-247.
34. T.R. JackG. Van Boven, M. Wilmott: "Cathodic Protection Potential Penetration under
Disbonded Pipeline Coating", Materials Performance, vol. 33, no. 8, augustus 1994.
35. U. Steinsmo, J.M. Drugli: "Assessment of Coating Quality in Cathodic Protection and
Coating Systems", Materials Performance, april 1997, biz. 21.
36. ANSI/ASTM E 662 (Nordtest NT FIRE 012): "Specific optical density of smoke generated
by solid materials".
37. DIN 53436, part 2: "Producing thermal decomposition products from materials in an air
stream for toxicological testing: Thermal decomposition method".
38. ASTM G8-85: "Standard Test Methods for Cathodic Disbonding of Pipelines Coatings"
(1985).
39. BS 3900, Part FlO: "Determination of Resistance to Cathodic Disbonding of Coatings for
Use in Marine Invironments" (1985).
102

7. KATHODISCHE BESCHERMING
Op grond van de resultaten van de verrichte literatuur survey kan worden gesteld dat de huidige
kennis omtrent het mechanisme van kathodische bescherming te beperkt is om, met volledige
zekerheid te kunnen verklaren, wanneer, waarom en onder welke condities de aantasting van
een kathodisch beschermde ondergrondse staa1constructie minder wordt.
Volgens sommige auteurs [34] spelen de veranderingen die gebeuren in de interfase "grondmetaal"
als gevolg van de reductiereacties die op het kathodisch beschermde staal optreden een belangrijke
rol in de vermindering van de corrosie en in de fixering van het polarisatie-niveau.
Het aantal publicaties op het gebied van kathodische bescherming is zo talrijk dat het
onmogelijk is om, op overzichtelijke wijze en zonder gevaar voor doublures, alle
literatuurreferenties in dit hoofdstuk te vermelden. Daarom wordt hier slechts melding gemaakt
van die publicaties waarvan de inhoud duidelijk binnen het kader van dit deelproject valt.
De corrosie van de wapening en de toepassing van KB bij ondergrondse betonconstructies. Ook
wordt in dit rapport buiten beschouwing gelaten.
7.1 Kathodische bescherming
Kathodische bescherming is een methode waarbij de potentiaal van een metaal zodanig laag
beneden zijn evenwichtspotentiaal wordt gebracht dat de anodische stroom (corrosiestroom)
nagenoeg nul wordt. Dit kan worden gerealiseerd met behulp van twee typen kathodische
bescherming, namelijk:
"galvanische anoden" (opofferingsanoden op basis van zink, magnesium of aluminium).
een uitwendige stroombron ("opgedrukte stroommethode").
De keuze tussen beide typen wordt onder andere bepaald door:
Vorm en grootte van de te beschermen constructie (in geval van tunnels van enige omvang
zal KB door opgedrukte stroom de voorkeur genieten) .
Aanwezigheid van zwerfstromen.
Voorschriften van de overheid, bijvoorbeeld bij diepboringen voor het aanbrengen van
anoden.
Economische overwegingen.
De toepassing van KB door opgedrukte stroom in mariene constructies (of in zeewater in het algemeen)
kreeg in het verleden veel weerstand vanwege de equipementproblemen die vaak optraden
en die soms tot operationele moeilijkheden leidden. Deze kinderziektes zijn inmiddels
volledig opgelost, zoals uit de vele literatuur blijkt [45].
De beslissing om, bij een bepaald ondergronds tunnelproject, wel of geen KB toe te passen is afhankelijk
van het resultaat van een uitgebreide survey van de bodemkarakteristieken langs het
tunne1traject. Deze survey zal meestal uit de volgende vier stadia bestaan [1]:
1. Onderzoek naar de specifieke elektrische grondweerstand (b.v. volgens de "four-pin-method",
zie hoofdstuk 8) en naar de Geo-chemische samenstelling van de grond langs het geplande
tunneltrace.
103

2. Inventarisatie van de bodemkarakteristieken (ehemisehe samenstelling, temperatuur, eoneentratie,
ete.) in de naaste omgeving van het tunneltraee.
3. Sehatting van de verwaehte eorrosiesnelheid van staal, uitgaande van de bodemkarakteristieken
(zie hoofdstuk 4).
4. Uit de gesehatte eorrosiesnelheden van het onbesehermde staal wordt er nagegaan ofKB wel
of niet nodig is en zo j a wordt het KB-systeem ontworpen.
In het algemeen zal de toepassing van een KB-installatie nodig of wenselijk zijn indien het
grondonderzoek onder andere de volgende gegevens oplevert:
Op korte afstanden komen vele laterale en vertieale zandlklei-overgangen voor (typisehe
situatie in kustgebieden) ofhet milieu is anaeroob.
Er zijn gelokaliseerde zones op of dieht onder het maaiveld waarin goed geleidend materiaal
(met een lage speeifieke elektrisehe weerstand) aanwezig is.
Idem op het niveau onder en boven de grondwaterstand.
Het grondwater bevat weinig kalkaehtige produeten.
De zuurgraad van het milieulgrond is hoog (pH < 6).
De ehemisehe samenstelling van de grond varieert van plaats tot plaats en heeft een eorrosieve
tendens (de eorrosiviteit van de grond kan b.v. m.b.v. tabel3 en 4 worden vastgesteld).
De bodemweerstand bedraagt minder dan 1.000 [tern.
Er zijn verbindingen tussen ongelijksoortige metalen, die galvanisehe eorrosie kunnen veroorzaken.
De aanwezigheid van zwerfstromen is vastgesteld.
Uiteraard kunnen er andere dan bovenstaande faetoren zijn, die de toepassing van een van beide
typen kathodisehe beseherming bij een bepaalde staaleonstruetie noodzakelijk of wenselijk
maken, bijvoorbeeld in geval van een hoge graad van bedrijfszekerheid.
7.2 Galvanische opofferingsmaterialen
In geval van tunnels zal in de regel de toepassing van galvanisehe opofferingsmaterialen beperkt
blijven tot die gevallen waar, vanwege de eomplexiteit van het gebied, het aanbrengen van een
opgedrukte stroom tot interferentie met andere be graven eonstrueties zou kunnen lei den.
Magnesium (gelegeerd met ea. 6% aluminium en 3% zink) wordt vaak toegepast als
opofferingsmateriaal, vooral in grondsoorten met een hoge soortelijke elektrisehe weerstand (tot
3.000 O.em). De potentiaal van magnesium bedraagt -1,45 V ten opziehte van de CuiCUS04referentie-e
lektrode.
Indien de staalconstruetie in aanraking komt met zeewater (goed geleidend milieu), dan komen
aluminium en zink meer in aanmerking, omdat het stroomrendement daarvan hoger is en het potentiaalversehil
in dat geval minder belangrijk is. De potentiaal van aluminium en zink bedraagt
-1,1 V ten opziehte van de CulCS04-elektrode.
Zink moet een zo laag mogelijk ijzergehalte bevatten en wordt meestal gelegeerd met 0,3-0,6%
aluminium. In de praktijk blijkt dat het noodzakelijk is om zeer zuivere anodematerialen te gebruiken,
omdat anders, ondanks de toegevoegde legeringbestanddelen, gevaar bestaat voor passivering
van de zinkanodes. Dit leidt tot vermindering van het potentiaalversehil met het staal of
zelfs tot omkering van de polariteit.
104

Ben groot voordeel van aluminium is de hoge stroomafgifte per kg gewichtsafname. Dit materiaal
wordt daarom vrijwel altijd gebruikt voor bescherming van constructies waar anodes eenmalig
voor bescherming gedurende een lange tijd worden toegepast (b.v. offshore installaties als
jetties en platforms).
Het aluminium bevat legeringelementen als 4% zink en 0,02% indium om ervoor te zorgen dat
het aluminium niet passiveert.
De Kaohsioung-Cross-Harbor-tunnel is een voorbeeld van een tunnel waar, ter bescherming van
de stalen plaat in de buistunnelsegmenten tegen de zeer corrosieve grond, aluminium opofferingsanoden
werden gebruikt. Hiermee trachtte men een minimale levensduur van 50 jaar
voor de stalen mantel te bereiken [24].
Ben maat van essentieel belang bij toepassing van galvanische anoden is hun
"stroomrendement", in de literatuur ook als "current output" aangeduid. Dit rendement,
uitgedrukt in mA per kg anode, is afhankelijk van de elektrochemische karakteristieken en
"efficiency" van het gebruikte materiaal en is bepalend voor de levensduur van de anoden.
In de praktijk wordt nooit de gehele theoretische "current output" van een anode voor de
kathodische bescherming benut. Ben deel van de geproduceerde stroom wordt benut voor de bescherming
van het object doch een ander deel wordt door de "normale" corrosie van het materiaal
zelf, onder invloed van de heersende condities in de grond, verbruikt.
Onder "anode efficiency" wordt verstaan de verhouding tussen het aantal ampere-uren dat werkelijk
voor de KB wordt benut en de theoretische ampere-uur output, per gewichtseenheid van
het gebruikte materiaal. Zo ligt de efficiency van magnesium in de buurt van 50% (bij een temperatuur
lager dan 30°C) terwijl die van zink en aluminium ca. 90 respectievelijk 94% bedraagt.
In de literatuur (b.v. [44]) worden formules gegeven waarmee het "stroomrendement" van
diverse materialen alsmede de hoeveelheid anode (in kg) nodig voor de bescherming van een
bepaald staaloppervlak onder de grond (onder specifieke bodemcondities) kan worden berekend.
De opofferingsanoden worden in de praktijk meestal op ca. 3 m onder het maaiveld en op een
afstand van 3 tot 4,5 m tot het te beschermen object geplaatst. Om interferentieverschijnselen zo
veel mogelijk te beperken wordt aanbevolen de anoden op een afstand van minimaal 1,5 m tot
alle naburige ondergrondse metalen objecten te plaatsen.
Het volgende voorbeeld is bedoeld als illustratie van de methodiek die in de praktijk wordt gevolgd
om de juiste onderlinge afstand tussen de anoden vast te stellen [44]:
Stel een anodemateriaal met een stroomoutput van ca. 90 mA.
Volgens tabel 20 ("stroomcriteria") heeft men 30 mA nodig voor de volledige kathodische bescherming
van 1m2ongecoat staaloppervlak. Dit betekent dat de anode maximaal 3 m2 staaloppervlak
kan beschermen oftewel, bij een leidingdiameter van 0,3 meter, ca. 3 strekkende meter
leiding. De onderlinge afstand tussen de anoden zal in dit geval dus ca. 3 meter bedragen.
Indien dezelfde leiding voorzien zou zijn van een coating van redelijke kwaliteit (stel dat slechts
1% van het oppervlak zou zijn beschadigd) dan zou de afstand tussen de anoden ca. 300 meter
moeten zijn.
De gemiddelde levensduur van de anoden is ca. 15 jaar, waama deze moeten worden uitgegrayen
en vervangen.
105

De anoden worden verbonden met het te beschermen object door midde1 van een ge1eidende
kabel, die kan worden onderbroken voor metingen.
7.3 KB-installaties (opgedrukte stroom-methode)
In geva1 van grootschalige staa1opperv1akken, zoa1s bij sta1en tunnels, wordt in de rege1 (om
economische redenen) kathodische bescherming door middel van de "opgedrukte stroommethode"
toegepast. Bij deze methode wordt de beschermingspotentiaa1 door midde1 van ge1ijkrichtinstallaties
gerege1d (zo 1aagmogelijk gehouden) en wordt de energie aan het e1ektriciteitsnet
onttrokken. Soms wordt gebruik gemaakt van secundaire gelijkstroombronnen, zoa1s accumu1atoren
en windgeneratoren, aanges10ten op het wisse1stroomnet.
Onder andere in [29] wordt de chemie en het ontstaan van beschermende films op het opperv1ak
van de staalconstructie die kathodisch wordt beschermd uitvoerig behande1d.
Een punt van aandacht is dat de corrosiesne1heid van kathodisch beschermd staal, in de niet gepo1ariseerde
situatie, toeneemt bij stijging van de temperatuur [41].
De voomaamste onderdelen waaruit de KB-installatie bij voomoemde "opgedrukte stroommethode"
bestaat zijn:
Ge1ijkrichters (die speciaa1 voor het desbetreffende doe1zijn ontworpen).
Grondbedden met niet-ga1vanische anoden.
Meetpunten.
De opbouw van een derge1ijke installatie wordt in figuur 23 getoond. Weergegeven is een stuk
pijp1eiding (kan ook een tunne1traject zijn) ter p1aatse van een ge1ijkrichter.
De in deze figuur afgebee1de opstelling vormt een elektro1ytische eel, waarbij de bodem a1s
e1ektro1yt fungeert en waarbij de buis1eiding en de grondbedden de kathode respectieve1ijk de
anode zijn.
Figuur 23.
106
Alt.rnating current
supply cables
!
auried p;p.li..
L;.::::;:~
-:---;-\-\ " \
-::.-- - - ~,," \
-\. \ .Rectifi..>- \ \,
\ \ "",curm>t flow
poths to pi""lin.
,\ \
1\ DC \ \ \ \ \ \
,\
\ "\
... \
Ano~cabl\ \
'"~
,I ~ ~ ."
,I
\ "
Co
I I.a:od.
\1
\ I
\ ' "
~II \ ,I' ' ""
lJ,'"
,
\
\
\ \
Eenvoudig schema van een KB-installatie.

7.3.1 Gelijkrichters
In de praktijk wordt, afuankelijk van de bodemweerstand, ongeveer 20 tot 30 km pijpleiding beschermd
door een gelijkrichter.
Gelet op de grote doorsnede van een tunnelwand, de vereiste zeer lange levensduur van de constructie
en de acceptatie van geen enkel risico, zal de beschermde lengte van de tunnel per gelijkrichter
aanzienlijk korter zijn (hoe korter de afstand hoe kleiner de potentiaalverschillen
langs de tunnelwand).
GelijkrichterinstaIlaties moeten uit oogpunt van veiligheid voldoen aan NEN 1010 en NEN
3140. De uitgangsspanning van de gelijkrichter moet over het gehele bereik regelbaar zijn.
Het is aan te bevel en de wisselspanningscomponent (rimpel) van de secundaire spanning niet
meer te doen bedragen dan 5% van de afgegeven gelijkspanning.
Voordat de gelijkrichter in bedrijf wordt gesteld, is het van belang de plus- en minpool op juiste
aansluiting te controleren. Dit kan worden gedaan door bij het inschakelen de potentiaal-verschuiving
van het te beschermen object te meten.
De uitgaande stroom en spanning moeten duidelijk afteesbaar zijn. De meetfout van het apparaat
mag maximaal 2,5% zijn.
Voor staalconstructies onder niet stationaire omstandigheden, zoals bijvoorbeeld in situaties
waarin de grondwaterstand onderhevig is aan eb- en vloedeffecten, moeten de zogenaamde "gestuurde
gelijkrichters" worden gebruikt. Dit zijn gelijkrichters waarbij de beschermende stroom
die nodig is om een beschermpotentiaal te handhaven, automatisch wordt ingesteld.
7.3.2 Grondbedden
Een grondbed bestaat meestal uit een aantal met elkaar verbonden metalen staven die als anoden
dienen. Om de overgangsweerstand van de anoden te verlagen en tevens om het ontstaan van
chloorgas (dat het werkzame anode-oppervlak blokkeert) in aanwezigheid van chloride in de
grond te voorkomen wordt vaak, rondom het grondbed, speciaal geleidend materiaal
aangebracht, zoals cokes en grafiet.
Om een lange staa1constructie kathodisch te beschermen moeten, op bepaalde afstanden van elkaar,
langs de constructie anoden (grondbedden) worden geplaatst, van waaruit zoveel stroom
aan de constructie moet worden toegevoegd, dat langs het gehele oppervlak de kathodische beschermingstoestand
is bereikt, bij voorkeur door een langs het gehele oppervlak heersende zo
gelijkmatig mogelijke potentiaal. Hoe men dit ook probeert, ter plaatse van de anode-aansluitigen
zuIlen steeds negatieve pieken aanwezig zijn. Deze pieken mogen niet te diep worden en
daarom is het gewenst voldoende anoden te gebruiken.
In de praktijk worden voomamelijk twee typen basis grondbedden toegepast, namelijk:
Conventionele of oppervlakte grondbedden en
Diepe grondbedden.
Tussen beide soorten grondbedden bestaan verschillen zoals het te gebruiken anodemateriaal,
etc. Deze verschiIlen, alsmede de methode voor het testen en instaIleren van de anoden, etc.,
worden in [21] uitvoerig besproken.
107

Meestal worden de grondbedden op grote diepten, in vertic ale of horizontale positie (zie fig.
24), ingegraven (-40 tot-60 m) op een zijdelingse afstand van 40 tot 150 m van het object. Dergelijke
afstanden zijn nodig om een voldoende gelijkmatige spreiding van de stroom over de
hele lengte van de constructie te verkrijgen.
Het spanningsverval vanaf het anodische grondbed, langs de stalen buis kan, bij een gesloten
systeem van grondbedden, worden voorspeld met behulp van de formule van R. Rudenburg.
Een be1angrijke parameter in deze formule is de variabele van de anodediepte [31].
Diepe grondbedden, bij KB door opgedrukte stroom, zijn effectief in die situaties waar de specifieke
bodemweerstand op maaiveldhoogte hoog is. De kans dat deze grondbedden, door interferentie,
schade kunnen veroorzaken aan andere constructies in de omgeving is ook kleiner [32].
Zeer specifiek is het geval waarbij het kathodisch te beschermen object niet gecoat dan wel
voorzien is van een coating van slechte kwaliteit en bovendien in een grondsoort met een zeer
hoge specifieke weerstand (> 50.000 (tcm) ligt. In dit geval is bewezen [49] dat het aanbrengen
van een continu anodegrondbed langs de hele lengte van het traject, op lange termijn en
economisch gezien, aantrekkelijker is dan het plaatsen van een aantal grondbedden verspreid
langs dit traject (zie ook "LIDA-anoden" 7.3.3). Dit soort grondbedden leveren een betere
stroomverdeling en een lagere grondbedweerstand dan de conventionele gelsoleerde anodebedden.
In de ontwerpfase van een KB-systeem moet er rekening mee worden gehouden, dat nadelige
belnvloeding (interferentie) van dit systeem op andere objecten in de buurt zo goed als mogelijk
wordt vermeden. Dit is onder andere te bereiken door de anodebedden op voldoende afstand van
andere ondergrondse metal en objecten te plaatsen.
Volgens [8], bijvoorbee1d, moet bij een stroomafgifte van ca. 10 A en een specifieke bodemweerstand
van 5.000 a.cm een afstand van 40 meter tot alle ondergrondse metal en objecten
worden aangehouden.
In [33] wordt de nodige informatie voor het ontwerpen en installeren van conventionele
grondbedden gegeven.
7.3.3 Anodematerialen
Voor het kathodisch beschermen door middel van opgedrukte stroom kunnen diverse materialen
als anode worden gebruikt.
Bij de keuze van het te gebruiken materiaal wordt in de rege1 naar een optimale prijsprestatieverhouding
(goedkoop materiaal en weinig materiaalverlies door corrosie) gekeken.
Staalschroot (b.v. oude rails) behoort niet tot de groep "resistente materialen" maar kan in
enkele gevallen economisch zijn, vooral bij een geringe stroombehoefte, door de relatief lage
prijs in vergelijking met andere anodematerialen. Dit anodemateriaal gaat ze1f wel in oplossing
(corrodeert) in de orde van 6,5 tot 9,8 kg per Ampere stroomsterkte per jaar.
Gietijzer met een hoog siliciumgehalte (13%) werkt zeer goed als anodemateriaal en wordt op
zeer grote schaal gebruikt in grondbedden. Het desintegreert aanzienlijk minder dan staalschroot
(gemiddeld anodeverbruik 0,5 kg/A.jaar). Dit materiaal is echter duur en bezit een betrekkelijk
geringe mechanische sterkte en een grote broosheid.
108

Grafietanoden bezitten een zeer 1age consumptiegraad en gaan daardoor zeer 1ange mee. Vanwege
de 1age onderhoudsfrequentie en ondanks de hoge prijs worden deze anoden vee1vu1digin
de praktijk gebruikt. Een nadeel is dat deze anoden zeer breekbaar zijn en daardoor zeer
voorzichtig moeten worden behande1d tijdens vervoer, ops1ag en montagewerkzaamheden.
De keuze tussen grafiet en siliciumgietijzer a1s anodemateriaa1 wordt vaak bepaa1d door de verkrijgbaarheid
van het materiaa1 in de regio waar de tunne1ligt of za1 worden aange1egd.
In de bodem zijn beide materia1en goed bruikbaar, omdat zij goed door de omgeving worden
ondersteund en geen schokbe1asting te verduren krijgen.
Het is geb1eken dat een 1egering van 100d, zilver (1%) en antimoon (6%) zeer goed a1s
anodemateriaa1 kan fungeren, voora1 in zeewater. Bij een gemidde1de stroomdichtheid van ca.
108 Afm2 bedraagt de materiaa1consumptie slechts 0,085 kg/A.jaar.
Dit materiaa1 bezit zeer goede mechanische eigenschappen en kan in e1ke gewenste vorm worden
geextrudeerd en gegoten
Uit het oogpunt van anodeverbruik is gep1atineerd titaan zeer goed. Bij anodespanningen hoger
dan 12 Volt bestaat echter het gevaar van p1aatselijk doorbreken van de op het titaan aanwezige
passieve huid. Dit 1eidt tot sterke putvormige aantasting en daardoor tot sne1 onbruikbaar worden
van de anode. Dit materiaa1 wordt in het a1gemeen alleen toegepast voor objecten onderhevig
aan de effecten van zeewater. Toepassing onder de grond wordt echter afgeraden. Het materiaa1
bezit zeer goede mechanische eigenschappen. De hoge investeringskosten worden ruimschoots
door de 1ange 1evensduur (gemidde1d 10 jaar) gecompenseerd. Ondanks het feit dat de
grens voor de stroomdichtheid vrij hoog ligt (ca. 540 Afm2) moeten deze anoden bij een 1age
spanning werken (maximaa18-10 V).
Een verbetering van de gep1atineerde titaananoden zijn de "LillA" anoden, die door de Ita1iaanse
firma De Nora S.A. worden ge1everd. Deze "composiet" anoden bestaan uit titaan waarop
een 1aag van een speciaa1 metaa10xidemengse1 is aangebracht. Voomaamste karakteristieken
van deze anoden zijn:
Hoge Ampere-jaar capaciteit (zeer 1aag materiaa1verlies).
Zeer goed toepasbaar in geva1 van e1ektro1yten met een 1age pH en/of waar ch100rgas en
zuurstofkunnen ontstaan (bijvoorbee1d in zeewater).
Geschikt voor zeer hoge stroomdichtheden.
Geschikt voor alle soorten (vertica1e of horizontal e) grondbedden.
Voor de bescherming van tunnels zou de toepassing van deze flexibe1e anoden, in grondbedden
parallel aan de tunnel wand ge1egd, een zeer goede moge1ijkheid kunnen zijn. Hiermee zou de
beschermpotentiaa1 beter kunnen worden geregeld. Figuur 24 toont twee vertic ale (A) grondbedden
en een horizontaa1 (B) grondbed voorzien van een LillA-anode. Elk type anode heeft
zijn voor- en nade1en en eigen karakteristieken. In [27] wordt een overzicht van de toepassingsmogelijkheden
en eigenschappen van diverse anoden gegeven. In tabe119 zijn de meest gebruikelijke
anodemateria1en weergegeven, met verme1ding van de maxima1e be1astingen die moeten
worden aangehouden om een snelle achteruitgang (b.v. a1s gevo1g van de ch100rgasontwikkeling
in aanwezigheid van zeewater) van het anode-materiaa1 te voorkomen [11].
109

Tabel19. Resistente anodematerialen bij maximale belastingen.
Resistent anode-mate- Toelaatbare stroomdicht- Anodeverbruik Opmerkingen
riaal heid (kg!a.jaar)
Staalschroot 6,5 a 9,8 Toelaatbare belasting en
Gietijzer 1,0 a 9,0 anode verbruik is afhankelijk
Grafiet 0,025 a 0,1 Aldm2 0,1 a 2,0 (1) van milieu en anodesamen-
Siliciumgietijzer 0,1 a 0,2
Loodlegering 1,0 a 20,0
"
Geplat. Titanium met
metaaloxyden 5,0 a 10,0
"
(1) = In zeewater
(2) = In de bodem
A
"
B
0,1 a 0,5 (2) stelling
0,05 a 0,1 (2)
Nihil
LID"
STf!lIJilOe u:
Figuur 24. Vertic ale (A) en horizontale (B) grondbedden.
7.4 Potentiaalcriteria
In de literatuur zijn talloze referenties te vinden waarbij allerlei formules en mathematische analytische
methoden, voor de berekening van de KB-parameters voor staalconstructies onder
diverse omstandigheden, uitvoerig worden behandeld. Als voorbeeld kunnen [11] en [25]
dienen (in deze laatste wordt de situatie in een inhomogene grond besproken).
Een probleem bij het toepassen van KB (en vooral op plaatsen met afwisselende condities) is de
instelling van de juiste anodische potentiaal. Telkens weer dient zich de vraag aan, of er wel
voldoende beschermd wordt. Deze vraag kan beantwoord worden aan de hand van de
zogenaamde "criteria voor kathodische bescherming".
De onderzoeker Pourbaix heeft thermodynamisch, voor bepaalde omstandigheden, E - pH-diagrammen
vastgesteld. In figuur 25 is een vereenvoudigd diagram voor ijzer in een verdunde
zoutoplossing bij 25°C weergegeven.
110
(2)

Uit dit diagram blijkt dat volledige bescherming tegen corrosie wordt bereikt bij een potentiaalbereik
van -850 tot 1200 mY, gemeten ten opzichte van de referentie-elektrode Cu/CUS04'
Zoals ook uit figuur 26 valt af te lezen neemt de corrosiesnelheid sterk af als de potentiaal van
het te beschermen object negatiever wordt. Ongeacht de grondsoort geldt voor ijzer dat beneden
een potentiaal van ongeveer -900 mV ten opzichte van de Cu/CuS04-referentieelektrode de
corrosiesnelheid verwaarloosbaar klein wordt.
g 1,2
~
0
0,8
>-
~
2: 0,4
w
~ c: Q)
0
8-
-0,4
-0.8
-1,2
-1,6
-2,0
Figuur 25.
~: )
5
01 2
.5
"0
'w
.c
Ci3
c:
rf) Q)
'(jj
e
() a
0,5
0,2
0,1
0,05
0,02
0,01
0,005
Figuur 26.
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
pH
Geschematiseerd E / pH-diagram van ijzer in water bij 25°C.
-0,9
-0,8 -0,7 -0,6
..
Potentiaal UCuiCuSO. in V
De corrosiesnelheid is afhankelijk van de metaal-elektrolyt-potentiaal (MEP).
111

De precieze waarde van het potentiaalcriterium hangt af van de aard van het te beschermen metaa1en
van de grondparameterster p1aatse[23]. .
Onder norma1e omstandigheden in de bodem wordt voor alle typen onge1egeerd staal een beschermingspotentiaal
van -850 mVaangehouden.
Onder "beschermingspotentiaa1" wordt verstaan de metaa1-e1ektro1ytpotentiaa1 (MEP), waarbij
corrosie van een meta1en object wordt voorkomen door toepassing van een beschermstroom.
In tabe120 zijn enke1e potentiaa1waarden aangegeven (gedeelte1ijk ontleend aan NPR 6912). In
de tabe1 is ook een grens voor overbescherming opgegeven waarmee rekening dient te worden
gehouden bij het ontwerpen van de KB-installatie (zie ook 6.6).
Wanneer een potentiaalcriterium uit tabe120 wordt gebruikt dient rekening te worden gehouden
met het vo1gende:
elk onderdee1 van het meta1en object dient aan dit criterium te vo1doen en
een extra bijdrage aan de potentiaa1 door ohmse spanningsverliezen in het milieu (het IRverva1)
mag niet meegerekend worden. Dit 1aatste kan bereikt worden door de
"uitschake1potentiaa1" te meten (zie hoofdstuk 8).
Tabe1 20 Potentiaa1criteria voor vo1doende kathodische bescherming (MEP in V t.o.V.
CU/CUS04).
Te besehermen materiaal Omgevingl Potentiaalcriteria
medium Aeroob Anaeroob Grens voor
On- en laaggelegeerd staal Water en grond met lage -0,85 -0,95
overbeseherming
Idem. geverfd bodemweerstand -0,80
Idem. met buisbekleding -2,50
On- en laaggelegeerd staal Zand-grond met -0,75
R= 100-1.000 a.em
On- en laaggelegeerd staal Zand-grond met -0,65
R> 1.000 a.em
Verzinkt staal -1,20
Opmerkingen:
In de aanwezigheid van actieve su1faatreducerende bacterien in de grond moet een kathodisch
beschermende potentiaa1 van -950 mV en lager worden toegepast (advies van de Amerikaanse
National Association of Corrosion Engineers).
Bij een potentiaa1 hoger dan -850 mV is er kans op corrosie.
Een potentiaa1 van -1200 mV en lager dient te worden vermeden in verband met mogelijke
waterstofontwikkeling.
7.5 Stroomcriterium
Een ander criterium van KB is de "beschermstroomdichtheid" van een beschermd object.
Hiermee wordt bedoe1d de stroom per opperv1akte-eenheid (mAlm2 of f..I.Alm2)nodig om een
metal en object kathodisch tegen corrosie te beschermen. Dit criterium (of een schatting ervan)
112

dient a1 in de ontwerpfase van de KB-installatie bekend te zijn. Men moet in deze fase een indruk
hebben van de stroomdichtheid die nodig is om vo1doende bescherming te bereiken.
In een aanta1 gevallen in de praktijk worden richtwaarden gebruikt die van geva1 tot geva1 kunnen
verschillen, zoa1s blijkt uit de gegevens van tabe1 21.
De waarden verme1d in deze tabe1 zijn uitgedrukt in mA per opperv1akte eenheid onbeschermd
staa1opperv1ak. Indien de tunnel wand uitwendig is gecoat dan moet men een schatting maken
van het dee1 van het opperv1ak dat niet of onvo1doende is gecoat (b.v. vanwege beschadigingen)
en het stroombehoefte hieraan re1ateren.
Afhanke1ijk van de grondparameters (en dus ook van de agressiviteit van de grond) en van het
we1 ofniet aanwezig zijn van een coating (en de conditie waarin deze verkeert) is, in de regel,
een stroom van 0.05 tot 150 mAlm2 nodig. Door de pH-verandering, ten gevo1ge van de kathodische
reactie, vormt zich op het beschermde opperv1ak meesta1 een tame1ijk goed afs1uitende
1aagonop1osbare carbonaten, waardoor de beschermstroombehoefte in de tijd afneemt.
De benodigde stroomdichtheid voor de bescherming van constructiede1en onder zeewater (a1
dan niet onderhevig aan de eb en v10ed inv1oeden) is afhankelijk van het zuurstofgehalte en de
stromingscondities van het water. In de praktijk wordt een stroomdichtheid van 160 mAlm2
gebruikt. In de loop van de tijd, a1s gevo1g van de vorming van de beschermende carbonaten
1aag,neemt de stroombehoefte aftot 45-55 mAlm2.
Tabe1 21 Criteria beschermstroomdichtheid voor staal.
Milieu Type bekleding Stroomdichtheid
In zoetwater Onbekleed 30 -60 mAlm2
In zoetwater Matige bekleding 4 -15
"
In zoetwater Goede bekleding 0,08- 0,5
"
In zoetwater Uitstekende bekleding 0,05- 0,1
"
In zeewater Onbekleed 80-500 "(1)
In zeewater
In de bodem
Uitstekende bekleding
Onbekleed
0,8-1,2
1-30
"
" (2)
In de bodem Matige bekleding 1-15
"
In de bodem Goede bekleding 0,03-0,4
"
In de bodem Uitstekende bekleding 0,005 ofminder
"
In de bodem Bitumen bekleding) 0,0-1,0 "(3)
In de bodem Asfalt-bitumen (nieuw, met weinig appendages) 0,01-0,10
In de bodem Asfaltbitumen (oud) 0,10-0,50
In de bodem Polyetheen (nieuw, met weinig appendages) 0,001-0,01
"
In de bodem Polyetheen (oud)
(1) = In zeewater wordt meestal met een stroomdichtheid
0,01-0,20
"
van ca. 160 mAlm2 gestart. Na vorming van de
beschermende kalklaag op het staaloppervlak kan de stroomdichtheid tot ca. 45-55 mAlm2 worden
verminderd. De benodigde stroomdichtheid neemt met de temperatuur van het water toe.
(2) = In anaerobe grond kan het maanden duren totdat volledige polarisatie is bereikt
(3) = gemeten in de praktijk.
"
"
113

De benodigde stroom kan niet als absoluut criterium gebruikt worden, maar geeft wel (in combinatie
met metingen van de stroombehoefte in het verleden) waardevolle informatie over de
toe stand van het te beschermen object. Plotselinge toename van de stroombehoefte kan duiden
op contacten met andere metal en objecten (interferentie) of een beschadiging van de corrosiewerende
bekleding. De grootte van de beschermstroom kan tevens gezien worden als een maat
voor de omvang van het "blanke" oppervlak.
In veel gevallen wordt een KB-systeem geregeld, gebruik makend van empirische formules of
"duimregels". In [20] worden, als voorbeeld, survey-technieken en de wiskundige basis van de
methode uitvoering besproken.
In [28] wordt een computerprogramma besproken speciaal ontwikkeld voor de berekening van
de stroomverspreiding bij toepassing van vertic ale grondbedden, rekening houdend met de
lengte en diameter van de anode en de diverse grondparameters.
In de praktijk kan deze werkwijze soms tot de volgende twee ongewenste resultaten leiden:
onvoldoende bescherming vanwege de onmogelijkheid om interferenties en andere problemen
tijdens complexe omstandigheden nauwkeurig te kunnen voorspellen of berek enen en
te hoge elektriciteitskosten vanwege de overbescherming.
Opmerking: Uit recente studies blijkt dat de KB-criteria, vermeld in de NACE praktijkrichtlijn
RP-01-69 (deze richtlijn wordt wereldwijd geaccepteerd) niet geheel overeenkomt met de
ervaringen uit de praktijk [40].
7.6 Stroomverbruik
Bij gebruik van KB in combinatie met een coating van zeer goede kwaliteit is het mogelijk om
zeer lange trajecten, vanuit een locatie (en soms met een gelijkrichter) te beschermen. In de
praktijk blijkt dat, wanneer men een zeer goede coating toepast en deze zeer zorgvuldig
hanteert, het mogelijk is om een traject van circa 80 km probleemloos te beschermen.
In de praktijk blijkt ook dat hoe groter de diameter van de constructie is hoe effectiever de bescherming
van een lang traject wordt. Dit komt doordat de elektrische weerstand van buizen met
grote diameters kleiner is en dus de stroom minder hinder ondervindt tijdens de doorvoer langs
het traject. In feite is de elektrische weerstand van de stalen wand bepalend voor de lengte die,
vanuit een locatie, kan worden beschermd.
Hieruit kan worden afgeleid dat hoe beter de kwaliteit (of conditie) van de coating langs het traject
is hoe trager de "current bild-up" in de wand is en dus hoe langer de afstand die vanuit een
KB-locatie effectiefkan worden beschermd.
Bij gebruik van een coating in combinatie met KB is het dus van belang dat de beheerder van de
constructie op de hoogte is van de "overall" elektrische weerstand van de coating. Met dit gegeven
kan hij bepalen hoeveel stroom van het KB-systeem nodig is om de constructie effectief te
beschermen.
Slechts als illustratie bedoeld en als aanvulling op de informatie vermeld in figuur 21 en tabel
21, wordt in tabel 22 een ruwe schatting gegeven van het stroomverbruik voor de effectieve
bescherrning van een ca. 15 km lange stalen leiding met een diameter van ca. 1 m, gerelateerd
aan het aantal "defecten" aanwezig in de coating.
114

Aangenomen is hier dat voor de effectieve bescherming van 1 m2 onbeschermd pijpoppervlak
ca. 11 mA nodig zullen zijn en dat de specifieke bodemweerstand langs het gehele traject ca.
1000 O.cm bedraagt.
Voor dit voorbeeld is in tabel 22 gebruik gemaakt van de "overall" elektrische weerstand van de
coating (in KO per gemiddelde m2) als maat voor het aantal defecten aanwezig in de coating.
In deze tabel wordt een "overall" weerstand van 108 tot 270 KO per gemiddelde m2 gebruikt
om aan te duiden dat de conditie van de coating zeer slecht is, bijvoorbeeld omdat tijdens de
behandeling en montage van de stalen buis in de grond men zeer onzorgvuldig te werk is gegaan.
Weerstanden van 1080 tot 54000 KO staan voor een goede tot zeer goede kwaliteit van de
coating.
Uit de waarden van deze tabel 22 blijkt dat de stroom nodig voor de kathodische bescherming
van een leiding voorzien van een coating van niet al te beste kwaliteit (b.v. met een weerstand
van 270 KOIm2), ca. 200 keer zo groot kan zijn dan die nodig voor de bescherming van een coating
van betere kwaliteit of van dezelfde coating die tijdens de montagefase zeer zorgvuldig is
behandeld.
Tabe122 Stroom nodig voor de bescherming van 15 km leiding (diameter leiding = 1 m).
Efectieve (overall) coatingsweerstand Benodigde
Ongecoat staaloppervlak 500
108 KQ/m2 14,91
stroom (in A)
270
"
5,964
540
"
2,982
1080
"
1,491
5400
"
0,2982
10800
"
0,1491
54000
"
0,0298
Coating van uitrnuntende kwaliteit 0,000058
7.7 Overbescherming
Ten gevolge van de kathodische reacties tijdens de kathodische bescherming worden zuurstof en
water gereduceerd. Hierbij wordt loog gevormd (OK) en, als de potentiaal voldoende negatief
is, ook waterstof. Het milieu in de omgeving van het beschermde staal wordt dan alkalisch
De aanwezigheid van loog kan enerzijds als gunstig gevolg het ontstaan van een laag onoplosbare
carbonaten bevorderen. Anderzijds kan dit, in het bijzonder als de pH-stijging te sterk is,
ook leiden tot reacties met de bekleding die daardoor, afhankelijk van hun samenstelling, in
kwaliteit sterk achteruit kunnen gaan, wat dan weer leidt tot een vergrote stroombehoefte en tot
hydroxylionenvorming.
Loog tast bovendien ook sommige metal en aan die in de constructie aanwezig kunnen zijn zoals
bijvoorbeeld lood en aluminium.
Wanneer verhoogde temperaturen in het spel zijn (b.v. in geval van brand aan de binnenzijde
van de tunnel) dan kan rondom de staalconstructie de alkaliteit van het milieu zo hoog worden,
dat dit kan leiden tot interkristallijne spanningscorrosie.
115

Onder bepaalde condities is het mogelijk dat een overmatige hoeveelheid kathodische stroom in
het systeem wordt ingevoerd waardoor waterstof in grote hoeveelheden op het gecoate oppervlak
wordt gevormd. Dit kan het geval zijn wanneer de aangelegde potentiaal de waarde van
de polarisatie grenspotentiaal (ook wel als de "waterstof overvoltage potentiaal" aangeduid)
overschrijdt. Wanneer dit in of onder de bekleding gebeurt kan dit leiden tot blaasvorming en
wordt de deklaag weggedrukt ("cathodic disbonding", zie paragraaf6.4). In de praktijk wordt de
meeste schade aangetroffen bij de rand van bestaande beschadigingen in de coating, vanwege de
erosieve werking van de gasbellen. Bovendien kan een deel van de waterstof in het staal worden
opgenomen en dan aanleiding geven tot de zogenaamde "waterstotbroosheid". Dit geeft vooral
problemen op plaatsen waar het staal erg hard is, bijvoorbeeld bij lassen. Tot een hardheid van
400 volgens de schaal van Vickers zijn er geen problemen. Zo'n hardheid wordt ook gevonden
in stalen met een hoge rekgrens (> 1250 Mpa). In [23] worden het gevaar en de consequenties
van waterstotbroosheid, als gevolg van overbescherming, behandeld.
De polarisatiepotentiaal kan in een bepaalde locatie van het gecoate oppervlak worden vastgesteld
door de MEP (metaal elektrolyt potentiaal) ten direct (ofuiterlijk binnen 2 seconden) nadat
de stroominvoer, vanaf aIle kathodische stroomvoerende bronnen, is afgebroken.
Indien de potentiaal tussen de stalen buis en de aarde hoger ligt dan 1,2 V ten opzichte van de
Cu/CuS04-elektrode dan is het gevaar voor het optreden van waterstofvorming aanwezig. Bij
potentialen lager dan 1,2 V is het gevaar voor overbescherming en dus beschadiging van de
coating nihil.
Opmerking: De "waterstof over-voltage-potentiaal" is geen gefixeerde waarde. Deze kan varieren
afhankelijk van de heersende condities ter plaatse. Zo bleek uit een onderzoek naar het optreden
van spanningscorrosie (oj.v. overmatige Hz-vorming), dat deze optrad bij een potentiaal
van 1,4 V (Cu/CUS04) in zeeklei met een watergehalte van 30% en bij 1,2 V in zand met een
vochtgehalte van 14% [36]. De hier genoemde grens van 1,2 V is een algemene richtlijn en
dient dus met enige voorzichtigheid te worden gehanteerd. Een lagere waarde garandeert
namelijk niet dat, onder specifieke omstandigheden, geen overbescherming ontstaat.
7.8 Potentiaalverdeling
Zoals reeds gesteld, moet de potentiaal van een te beschermen stalen lening (of tunnelwand)
tussen -850 en -1100 mV ten opzichte van de referentie-elektrode (Cu/CUS04) liggen. De potentiaal
op het staaloppervlak zal overal een waarde binnen dit interval moeten aannemen.
Hoe hoog de potentiaal is op een bepaald punt van de stalen wand, ten opzichte van de potentiaal
ter plaatse van de aansluiting op een gelijkrichter, is afhankelijk van:
1. De overgangsweerstand van de tunnelwand per lengte eenheid (t) en
2. De langsweerstand van de wand per lengte eenheid (r).
De overgangsweerstand is de weerstand tussen de geleidende stalen wand en de bodem. Is de
wand uitwendig voorzien van een organische coating (galvanische isolator) dan bevindt deze
isolator zich hiertussen. De overgangsweerstand is daardoor van vele factoren afhankelijk en
ook in de tijd niet constant door het ontstaan van beschadigingen, de permeatie van vocht,
variaties in de dikte van de coatinglaag, etc.
Al deze factoren bepalen de maximaal te beschermen lengte (2L) van een stalen tunnel(wand).
Deze lengte kan worden benaderd met behulp van de empirische formule:
116

2L = 2,83 * (t / r)1I2 (12)
Het potentiaa1verloop op de tunnelwand zou er dan bijvoorbeeld kunnen uitzien zoals in de grafiek
van figuur 27 (boven in de fig.) is weergegeven.
Uit deze grafiek blijkt dat, om op een (ver) afgelegen punt van de staa1constructie een potentiaal
van -850 mV te kunnen krijgen, bij het aansluitingspunt met de gelijkrichter een potentiaal van
circa -2000 mV ten opzichte van de referentie-elektrode moet heersen. Dat deze extreem negatieve
potentiaal voor een coating op die plaats nadelige consequenties kan hebben is duidelijk.
Leerzame ontwerpdetails worden, bijvoorbeeld in [9], besproken naar aanleiding van de schade
aan een ondergrondse gasleiding, die was voorzien van een epoxycoating en die kathodisch
werd beschermd.
Opmerking: Een nuttig gereedschap voor het ontwerpen van KB-installaties, in geval van gecoate
stalen de1en, zou een tweedimensionaal simulatiemodel kunnen zijn, ontwikkeld om de
stroom- en potentiaalverdeling in (met epoxy) gecoate leidingen onder de grond te voorspellen.
In [30] worden de resultaten van een studie, uitgevoerd met dit simulatiemodel, over de invloed
van beschadigingen ("holidays") in de coating op de stroom- en potentiaalverdeling over de
leiding heen, uitvoerig behandeld.
Ook beschadigingen op het coatingoppervlak kunnen de potentiaalverdeling langs het
beschermdeobject aanzienlijkbernvloeden,zoals blijkt uit figuur 28.
ITENTIAAL
T.O.V.
:u/Cu50,
I
T
-850
-1000
-2000
0
I I
I I
I I I
I I . I
. -..--1-_~- n -t_.Jn
..
- -+- -- -t-
.... ..
--"- --
.. ..
-- - --
.. ..
--
.. -.. .. ..
- -+-
--
.. I
-+-~_..J-
I! ! I ;--+- I Ii' ,T I-- ~I T I
I i i I I I - .!T I ...j...-f"' I I
I i I I I -J....' I --r IT -I I
I I
i I I I I I
.J.-- I I I I
L. Arn AND AFST AND !:....-.....
--~- REF(UNTIE!
~ v EL£;TROOE
j
~ ~
I
L KABEL
220'"
8UI51.(IQIHC
Figuur 27. Eenvoudig schema van een KB-installatie en grafiek van de potentiaalverdeling
langs een pijpleiding (hoven in de fig.).
CIIONOBED
"\.,
117

-4
!1ft
~
.S
.~ 0 -3
c:
.s 0
a.
O~ -2
I
0.. I
II
a.
'0: 0
-1
.,.
~ 0->
-4
0
.5
0 -3
OJ
0
CL
'0 ..
2
0 -
.. I
II
a.
'0:
-1
-~
f'Iotective potential
-0.85V ) \
........
--- --- -
Protective potential
t85VI
Recifier output
10 ampe...s at 10 V
0 5 10 15 20 25 30 35
Kilometres of pipeline
Rectifier OUtput
100 ampe...ss
at aov
f-o --
0 0 5 10 15 20 25 30 35
Kilometres of pipeline
Figuur 28. MEP-verdeling over een optimaal geeoate (boven) en een sleeht geeoate (onder)
pijpleiding.
7.9 Zwerfstromen en interferentieverschijnselen
Zwerfstromen en interferentieversehijnselen verstoren de juiste werking van een KB-installatie.
Dit kan bijvoorbeeld tot gevolg hebben dat de potentiaa1 van de te beschermen tunnel wand
plaatse1ijk boven de grens van -850 mV wordt versehoven.
De invloed van dit versehijnsel zal men zo veel mogelijk traehten te beperken door enerzijds de
oorzaak weg te nemen en anderzijds besehermende maatregelen te treffen.
Bij het ontwerp en van een KB-systeem dient derhalve rekening te worden gehouden met het optreden
van zwerfstromen en interferentie, zodat de nadelige effeeten hiervan tot een minimum
kunnen worden beperkt [22].
In geval van kathodiseh besehermde eonstrueties onder het water moeten de nodige maatregelen
worden getroffen ter voorkoming van interferentie-effeeten maar ook van gevaarlijke situaties
118

die zouden kunnen ontstaan door de productie van vonken wanneer schepen, baggers, etc.
galvanisch contact maken (of afbreken) met het beschermde oppervlak.
Het optreden van corrosie ten gevolge van zwerfstromen en interferentie is in het verleden
grondig onderzocht, zoals blijkt uit de vele publicaties die aan dit thema zijn gewijd, zie bijvoorbeeld
[3-6] en [11].
7.9.1 Criteria ten behoevevan interferentie
In diverse landen is geprobeerdde criteria, die als basis moeten dienen voor de identificatie (of
acceptatie) van interferentie, in normen of voorschriften vast te leggen.
Zo wordt in de Engelse norm [46] een verschuiving in positieve richting van de MEP van 20
mV aangegeven als een aanwijzing voor het optreden van interferentie, veroorzaakt door
naburige vreemde objecten die ook voorzien zijn van KB.
In Duitsland is het criterium voor interferentie een verschuiving in positieve richting van de
MEP van ca. 100 mV [47].
NACE International beperkt zich in een norm [48] tot de mededeling dat: "MEP-verschuivingen
tengevolge van interferentiestromen afkomstig van vreemde objecten onacceptabel zijn".
Volgens onze eigen NPR 6912 gehanteerde vuistregel wordt een interferentie werkelijk nadelig
geacht als bij inschakeling van het kathodische beschermingssysteem de metaalelektrolytpotentiaal
(MEP) van de bei'nvloede constructie:
een verschuiving ondergaat in positieve richting, waarvan de getalwaarde in mV uitgedrukt,
meer is dan tweemaal de specifieke bodemweerstand in n.m voor staal;
een waarde ten opzichte van een Cu/CuS04-elektrode aanneemt die negatiever is dan:
800 mV voor verzeepbare verfsoorten;
2500 mV voor dichte en dikke bekledingen;
1500 mV voor lood;
-1200 mV voor aluminium.
7.9.2 Beschermendemaatregelen
Een bekende oplossing [2] voor het voorkomen van het ontstaan van zwerfstromen is het
installeren van geleidende verbindingen op plaatsen waar uittreding van de stroom uit de
tunnelwand plaatsvindt. De stroom wordt hier afgetapt zonder schade te kunnen aanrichten; men
spreekt ook wel van drainage van zwerfstromen (zie fig. 29).
Deze verbindingen kunnen bijvoorbeeld zijn:
Een volledig geleidende verbinding, bijvoorbeeld tussen KB-object en railstaven (de gehele
stroom wordt afgevoerd).
Een weerstand (een gedeelte van de stroom wordt afgevoerd).
Een diode (alleen de stroom uit de tunnel wand wordt afgevoerd, andersom kan er geen
stroom lopen).
119

E5
.?;;;,'V~"&~. -
~~~~
\\
+ IOV (RAIl)
55
PIJP
OIODE
s~~~~~ {A
J
Figuur 29. Eenvoudig elektrisch schema voor drainage van zwerfstromen.
Andere maatregelen ter vermindering van interferentie kunnen bijvoorbeeld zijn:
- Het vermijden van interferentie bij het ontwerp van de KB-installatie, de selectie van het
tunnel trace en de plaats van de grondbedden. Zo zal de plaats van de aan te leggen
constructie zover mogelijk van de interferentiebron worden gekozen. Bij lange, parallel aan
de rails liggende objecten wordt in een bodem met lage weerstand een minimale afstand van
50 m aanbevolen. In gronden met hoge weerstand kan deze waarde het tienvoudige
bedragen.
- Omdat de stroomdichtheid in de bodem dichtbij een grondbed of een anode groter is dan op
alle andere plaatsen moeten de anoden of grondbedden op voldoende afstand van alle
overige elektrisch geleidende objecten worden geplaatst. Bij een ondergronds systeem van
ga1vanische anoden is een afstand van 1,5 m en bij niet-ga1vanische anoden van 40 m
meestal voldoende, indien de stroomafgifte kleiner is dan lOA en de soortelijke weerstand
kleiner is dan 5.000 (tern. Voor oppervlaktegrondbedden geldt een afstand van 100 meter en
voor dieptegrondbedden een afstand van 50 m.
- Zorgen dat de afstand tussen de eigen staa1constructie en andere geleidende, ondergrondse
objecten van derden, zoals kabels, gewapend betonconstructies, heetwater- of stoomleidingen
voor centrale blokverwarming en stalen pijpleidingen in het algemeen voldoende groot is
(minimaal 1 meter).
- De constructie van een goed hechtende en elektrisch isolerende bekleding voorzien en voorkomen
dat deze bekleding, speciaa1 bij het p1aatsen van de constructie, wordt beschadigd.
Vooral in gebieden met vee1leidingen en kabels onder de grond is extra isolatie een vereiste.
- De constructie goed elektrisch isoleren van alle andere staalconstructies in de buurt (b.v.
elektrisch aangedreven en geaarde pompen; waterleidingen, bruggen en gewapend beton).
Indien aan bovenstaande regels niet kan worden voldaan dan dient men rekening te houden met
interferentieverschijnselen in de constructie (ook t.o.v. de objecten van derden) en moeten
andere voorzieningen, zoals het aanbrengen van drainage-elektroden of geleidende verbindingen
in het systeem, worden getroffen.
Een bijzonder geva1 vormen de tunnels die ingericht zijn voor elektrisch railverkeer en waarin
diverse elektrische systemen in een beperkte ruimte bijeen zijn gebracht.
In dergelijke gevallen moet worden gelet op:
het voorkomen van te hoge aanraakspanningen en
het verminderen van zwerfstroomcorrosie.
120

Indien alle metalen voorwerpen in een tunnel (railverkeerstaven en bovenleiding uitgezonderd)
met elkaar worden doorverbonden (dit wordt de "tunnelaarde" genoemd) dan reduceert dit het
optreden van zwerfstroomcorrosie tot die gebieden waar stromen gaan lopen van tunnelaarde
naar de echte aarde.
De essentie van het maken van een goede tunnelaarde is het nadrukkelijk doorverbinden van
alle metalen delen in een tunnel. Met name wordt bedoeld de tunnelwapening, funderingspalen,
boutverbindingen en eventuele tunnelsegmenten. Voorkomen moet worden dat een
zwerfstroom, lopend in een tunnel segment, gedwongen wordt via aarde het volgende segment te
bereiken. Er zal dan namelijk bij ieder segment zwerfstroomcorrosie optreden met alle
problemen van dien.
Het creeren van de tunnelaarde vereenvoudigt het bestrijden van zwerfstroomcorrosie tot:
1. Het maken van een goede isolatie tussen tunnelaarde en de echte aarde. Niet bekend is of een
goede isolatie bij een volledig stalen tunnel met coating realiseerbaar is en tegen welke prijs.
Bij onbeschermd staal lijkt zwerfstroomcorrosie beheersbaar door middel van een
corrosietoeslag.
2. Het creeren van een voorgeschreven en/of ongevaarlijke weg voor zwerfstromen bij het
verlaten van de tunnelaarde. Bij goede doorverbinding van tunnel, stalen lening en aarde zal
vermoedelijk over het totale buitenoppervlak van de tunnel een gelijkmatig uittreden plaatsvinden
met als gevolg een geringe en beheersbare aantasting.
3. Het beperken van de hoeveelheid zwerfstroom in de tunnelaarde (door goede isolatie tussen
spoorstaven en tunnel). Primair in de beperking van zwerfstromen blijft de isolatie tussen
railverkeerstaaf en tunnelaarde, echter:
te goede isolatie verhoogt de kans op gevaarlijke aanraakspanningen en
te weinig isolatie bevordert het lopen van zwerfstromen en vergroot daarmee de aantasting.
Er dient een goed compromis gevonden te worden tussen deze twee tegenstrijdige belangen.
In de praktijk is de oplossing een combinatie van bovenstaande maatregelen. Aantasting door
zwerfstroomcorrosie lijkt bij een stalen lening of een geheel stalen tunnel beheersbaar indien
geen isolatie tussen staal en aarde wordt toegepast. Bij isolatie van het staal met aarde zal de
uittreding van zwerfstromen gecontroleerd moeten plaatsvinden en moet ongewenste uittreding
voorkomen worden (kathodische bescherming).
Problemen met zwerfstromen in relatie tot andere installaties in de tunnel, zoals veiligheidsaardingen,
voedingen voor seinwezeninstallaties enz. zijn hier buiten beschouwing gelaten.
Ook op het gebied van wetgeving, normalisatie en richtlijnen is, zowel nationaal als international,
veel aandacht besteed aan corrosie ten gevolge van zwerfstromen en interferentie en aan
de bestrijding ervan.
Zo werd reeds in 1924 in Nederland de "Wet Zwerfstromen" en in 1925 het daarbij behorende
"Reglement Zwerfstromen" ingevoerd.
In [7-9] en [14-18] wordt bijvoorbeeld niet alleen de oorzaak van zwerfstroomcorrosie maar
worden ook zeer nuttige richtlijnen voor installatie van de apparatuur, werkwijzen voor de
uitvoering van metingen en de te nemen maatregelen om schadelijke interferentie vast te stellen,
te verminderen en/of doelmatig te bestrijden uitvoerig behandeld.
Ontwerp NEN-EN 50122-2 [13] geeft beschermende maatregelen tegen de effecten van zwerfstromen
veroorzaakt door gelijkstroomtractiesystemen.
121

Ook tijdens de voorbereidende fase van dit project in 1996 kreeg dit verschijnsel de nodige
aandacht van CURICOB-commissie M-610 [10].
Opmerkingen:
1. Zwerfstromen en interferentieverschijnselen zijn niet alleen schadelijk voor staal maar ook
voor objecten van gewapend beton. Een overzicht van de criteria voor de effectieve bescherming
van het wapeningsstaal in ondergrondse betonconstructies wordt, als voorbeeld, in
[26] gegeven.
2. Zwerfstroomcorrosie kan zowel aan de buiten- als aan de binnenzijde van de tunnelwand optreden.
3. Door de geringe soortelijke weerstand van het zeewatermilieu is de kans op een nadelige
interferentie in dit milieu uitermate gering. AIleen tijdens laswerkzaamheden is het onder
ongunstige omstandigheden tijdelijk mogelijk dat de constructie nadelig door de lasstromen
wordt be'invloed.
7.10 Economische aspecten van KB
Het economische belang van KB is zeer groot. Zonder KB zou het uitgebreide net van
buisleidingen in Nederland niet mogelijk zijn.
In die situaties waar het kan worden toegepast is de methode van KB door opgedrukte stroom te
prefereren boven die van opofferingsanoden.
Kosten-baten analyses uit het verleden hebben bijvoorbeeld aangetoond dat het zinvol is om KB
door middel van opgedrukte stroom toe te passen bij niet gecoate stalen buizen vanaf een
diameter van 3 meter en een lengte van 60 meter. Het is dan ook niet verwonderlijk dat tegenwoordig
aIle belangrijke buisleidingen kathodisch beschermd zijn en in veel landen is dit ook
wettelijk verplicht.
Ook bij schepen leidt KB tot minder schade ten gevolge van corrosie. Slechts ter illustratie
bedoeld, wordt in figuur 30 een indruk gegeven van de besparingen op reparatiekosten die door
de verschillende beschermingsmethoden kunnen worden bereikt. Uiteraard dienen hierbij ook
de kosten voor KB in aanmerking te worden genomen.
5j 20
en
0
.!}£
.91
ca
m
Co
~Q)
>Q)
~ 10
G5
a:
Opgedrukte stroom!
5 10 15 20
Onderhoudsjaren
Figuur 30. Effect van kathodische bescherming op de reparatiekosten van schepen.
122

Vit diverse publicaties blijkt ook duidelijk OOtde combinatie van coatings en KB op lange termijn
zeer kosteneffectief kan werken [19]. Zo blijkt ook uit een recent ECSC-onderzoek [43]
naar de, door bacterien ge'induceerde, snelle aantasting van stalen damwanden op die plaatsen
die net onder het NAP liggen dat alleen de toepassing van KB, in combinatie met een coating,
kosteneffectief was.
Door een goed ontwerp en een goed afgestelde regeling van het KB-systeem is het mogelijk de
levensduur van de constructie en van de coating aanzienlijk te verlengen
De investering voor het aanleggen van een volledig geautomatiseerde KB-installatie, inc1usief
de LillA-anodes (tunneltraject ca. 1 km), worden op f 200.000 geschat.
De kosten van een gelijkrichtstation, met een reikwijdte van de bescherming van 10 tot 15 km,
kunnen f 10.000 tot f 25.000 bedragen.
De totale kosten kunnen zeer ruw op f 17,-- per jaar worden geschat.
Het stroomverbruik ten behoeve van de kathodische bescherming van een installatie is sterk afhankelijk
van het wel ofniet aanwezig zijn van een coating en van de conditie waarin deze verkeert.
Dit betekent dat de exploitatiekosten van een KB-installatie aanzienlijk nadelig kunnen
worden be'invloed door onjuiste keuzen in de ontwerpfase en door een onzorgvuldige behandeling
van de gecoate segmenten tijdens de montagefase, zoals blijkt uit 7.6 (zie ook fig. 21
en tabellen 21 en 22).
Onder normale condities worden de kosten ten behoeve van de KB op circa 1,5% van de globale
kosten van de ondergrondse staalconstructie geschat.
In de literatuur wordt melding gemaakt van demo-projecten waarbij de KB-installatie voor de
bescherming van gasleidingen door energie, die door zonnecellen werd geleverd, werd gevoed.
Dergelijke KB-systemen bleken zeer economisch en effectiefte werken [35].
7.11 Literatuur
1. R.A. Corbett, C.F. Jenkis: "Soil Characteristics as Criteria for Cathodic Protection of a
nuclear Fuel Production Facility", ASTM-publicatie STP 1013: "Effects of Soil Cha-
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
racteristics on Corrosion", 1989.
"Kiwa en de corrosie-bestrijding", RB elektronica, oktober 1992.
F.P. IJsseling: "Corrosie en corrosiebestrijding", Koninklijk Instituut voor de Marine.
C.J. Mink: "Kathodische bescherming van ondergrondse
den aan de TV Twente, 1975.
installaties", voordracht gehou-
G. Woudstra: "Stalen buisleidingen en elektrische tractie in Nederland (zwerfstromen)",Corrosie,
nr. 4, juli 1989.
H.H. Uhlig: "Stray-current corrosion",
sion control".
hoofdstuk 11 van het boek "Corrosion and corro-
NPR 2760 "Wederzijdse be'invloeding van buisleidingen en hoogspanningsverbindingen".
NPR 6912 "Kathodische Bescherming On-Shore Buisleidingen en Constructies van
Metaal", 1995.
B.H. Wijngaard: "Oorzaak en bestrijding van zwerfstroomcorrosie", PT-elektrotechniek/Elektronica
30 (1975) nr. 21.
123

10. "Corrosie door zwerfstromen", eindrapport van de uitvoeringscommissie M-61O "Stalen
en composiet staalbeton tunnelconstructies. Inventarisatie en kennisleemten" , bIz. 47-49,
juni 1996.
11. A.G.C. Kobussen, B.H. Wijngaard: "Corrosie en corrosiebestrijding", publicatie van het
NCC, oktober 1989.
12. W. Schwenk: "Nachweis der Wirksamkeit des kathodischen Korrosionsschutzes erdverlegter
Anlagen durch Potentiamessungen - Kommentar zu DIN 50 925", Rohre -
Rohrleitungsbau und Rohrleitungstransport, 3R International 34, heft 4, bIz. 164-169,
april 1995.
13. Ontwerp NEN-EN 501222-2. Railtoepassingen. Vaste opstellingen. Deel 2: "Beschermende
maatregelen tegen de effecten van zwerfstromen veroorzaakt doorgelijkstroomtractiesystemen",
augustus 1995.
14. DIN 57150/VDE 0150: "Schutz gegen Korrosion durch Streustrome aus Gleichstromanlage"
15. Recommended Practice RP 0169-83: "Control of External Corrosion OT! Underground
or Submerged Metallic Piping Systems", uitgave NACE, Houston, USA.
16. "Guide Practique". Uitgave van Commision Europeenne Occidentale de Corrosion
(CEOCOR), te Brussel.
17. U.T.C.-Code 605/1: "Einrichtungen in Gleichstrom Fahrleitungsnetzen zur Verringerung
der Gefahrdung benachbarter Leitungen durch elektrolytische Korrosion" en ook U.T.C.code
605/2: "Massnahmen, die an Rohrleitungen in der Nahe von Gleichstrombahnen zu
trffend sind". Beide publicaties van de Union Internationale des Chemins de Fer
(U.T.C.).
18. CENELEC,BTTF 71-2: "Protection Against Corrosion by Stray Currents from Direct
Current systems" .
19. P. Kaiser: Coatings and Cathodic Protection, Enemies or Friends?", Proceedings of
SSPC 1991 "Maintaining Structures with Coatings", National Conference and Exhibition,
Pittsburg, USA, 1991.
20. G.D. Lopez, G.E. Martinez: "Computer Modelling of Cathodic Protection Systems",
Revista Latino-americana de Metalurgia y Materiales, vol. 4(2), bIz. 96-102
21. R. W. Stephens: "Deep Anode Groundbeds - Update '88, Uit Symposium: "37th Annual
Corrosion Control Course Proceedings" Norman, Oklahoma, september 1990
22. E.L. Curry, S.L. Irwin: "Stray Current Interference Surveys in Pipelines", uit Symposium:
"37thAnnual Corrosion Control Course Proceedings" Norman, Oklahoma, september
1990, bIz. 1-14
23. R.A. Gummow: "Cathodic protection potential criterium for Underground Steel Structures",
Materials Performance, vol. 32 (11) bIz. 21-30, november 1993.
24. C.F. Fan, K.H. Yu: "Practices of Cathodic Protection for Baseplate of Kaohsiung Cross-
Harbor Tunnel by Sacrificial Aluminium Anode", Publicatie uit: "4th Asian-Pacific Corrosion
Control Conference: Material Conservation & Corrosion Control, mei 1985
25. V.I. Ivanov, T.M. Yakovleva: "Mathematical Model for Calculation of the Parameters
of Cathodic Protection of Underground Structures in Nonuniform Media", Zasch. Met.
Vol. 32 (1), 78-82, januari-februari 1996.
26. M. Funahasi, J.B. Bushman: "Technical review of 100 mV Polarization Shift Criteria for
Reinforcing Steel in Concrete", Corrosion, vol 47 (5) bIz. 376-386, mei 1991.
124

27. D.H. Kroon: "Cathodic Protection Anodes, Underground", Materials Performance, vol.
28 (1) bIz. 17-20, januari 1989.
28. L.I. Freiman: "Calculation of anodic grounding for two-layered soils using the Burgsdorf
equations", Zashchita Metallov, vol. 32 (2) bIz. 174-178, maart-april1996
29. J.M. Leeds: "Cathodic Generated Film Protects Pipe Surface", Delen I en II", Pipe Line
Industry, vol. 75 (9), bIz. 39,42,44-45, september 1992 en (10) bIz. 37, 39, 41, oktober
1992.
30. M.E.O. Razem, K.J. Kennelley, L. Bone: "Current and Potential Distribution on a Coated
Pipeline with Holiday" Part I and II", Corrosion, vol. 49 (3) bIz. 199-219, maart
1993
31. M.D. Tseng, I.J.Chang, H.C. Shih e.a.: Field Tests in a Deep Well Ground Bed" uit het
symposium: "Corrosion Control - 7th APCC" vol. 2, China, 1991.
32. M.D. Tseng, H.C. Shih: "The circuit resistance and potential decay along a long distance
pipeline: Cathodic protection from a deep-well grounded system", Corrosion Prev. Control,
vol. 41, (2) bIz. 45-47, april1994
33. E.L. Curry: "Design and Installation of Conventional Ground Beds", workpaper uit het
symposium: "37th Annual Corrsion Control Course Proceedings 1990", Norman, Oklahoma,
USA, 5-7 september 1990.
34. N.G. Thompson, K.M. Lawson, J.A. Beavers: "Exploring the Complexity of the Mechanism
of Cathodic Protection", NACE rapport nr. 580, 1994
35. J. Evans: "Solar Cathodic Protection of coated steel gas distribution piping in soil", Materials
Performance, vol. 25, nr. 4, bIz. 43-45, april1986.
36. J. Yamaguchi, H. Nonaka, K. Yamakawa: "Hydrogen Cracking Susceptibility Evaluation
of Buries Steel Pipe Under Cathodic Protection", Tetsu-to-Hagane (Journal of the Iron
and Steel Institute of Japan), vol. 78 (12) bIz. 1818-1823, december 1992
37. W.M. Rivers, D.R. Price: "Stray Current mitigation through the use of electrical isolation
and cathodic protection", Materials Performance, vol. 28, ill. 9, biz. 17-29, september
1989.
38. R.A. Corbett: "Cathodic Protection of a nuclear fuel facility", Materials Performance,
vol. 28, ill. 6 bIz. 24-27, juni 1989.
39. J. McCoy: "Cathodic Protection on the Dampier to Perth Pipeline-Australia", Materials
Performance, vol. 28, ill. 2, biz. 16-20, februari 1989.
40. R.A. Gummow: "Cathodic Protection criteria - a critical review of NACE Standard RP-
01-69", Materials Performance, vol. 25, ill. 9, bIz. 9-16, september 1986.
41. A.D. Zdunek, T.J. Barlo, G. Warfield: "Effect of temperature on cathodic protection
criteria", Materials Performance, vol. 31 ill. 11, biz. 22-27, november 1992.
42. M.S. Baker: "Cathodic Protection Requirements at pipeline Crossings", Materials Performance,
augustus 1997, bIz. 18-21
43. Profil Arbed: "Prevention of Accelerated Low-water Corrosion on Steel Piling Structures
due to Microbially Influenced Corrosion Mechanisms", february 1998.
44. Royal Dutch/Shell Group: "Manual of Cathodic Protection. Design and Engineering
Practice", december 1970.
45. L. Murray, C.P. Weldon: "Impressed Current Tensioned Anode Strings for Offshore
Structures", Materials Performance, april1998, vol. 37, no. 4.
46. R.L. Seifert, Materials Performance, vol 11, no. 10, 1972, bIz. 41.
125

47. W.V. Baeckmann, W. Schwenk: "Handbook of Cathodic protection", London, England:
Potcullis Press, 1975.
48. NACE, Standaard RP0169-92, 1992.
49. W.F.Marshall, D. Smith, J.F. Warner: "Advantages of Continous Impressed Current
Anodes in High-Resistivity Soil Environments", Materials Performance, vol. 37. no. 6,
juni 1998.
126

8. MONITORING EN CONTROLE
Monitoring en controle (inspecties) dienen een vooraanstaande plaats in te nemen in het beheersysteem
van een ondergrondse staalconstructie.
In dit hoofdstuk worden in het kort diverse meet-, controle- en monitoringstechnieken en -methoden
behandeld. Deze worden in de huidige praktijk bij ondergrondse objecten als
pijpleidingen, tanks, damwanden, etc. voor een optimale beheersing van het corrosieproces
toegepast.
In geval van ondergrondse tunnels bestaat de mogelijkheid om de metingen eenvoudig, vanaf de
binnenzijde van de wand (ook in aanwezigheid van een betonnen laag), uit te voeren.
De verkregen meetgegevens zuHen dan de situatie 'op tunnelniveau" vrij accuraat weergeven
omdat er geen meetfouten, door spanningsverliezen als gevolg van de bodemweerstand en de
grote afstanden tussen maaiveld en object, kunnen optreden. In deze situatie kan het vervangen
c.q. controleren van de referentie-elektroden en het andere meetgereedschap vrij eenvoudig
plaatsvinden.
In de praktijk van de kathodische bescherming worden vele elektrische meettechnieken
gebruikt, waarvan de uitgebreide behandeling buiten het bestek van deze handleiding valt, zoals:
methoden ter bepaling van de aardingsweerstand van anoden, het opsporen van contacten met
vreemde metalen constructies, meting en ter vaststelling van de galvanische isolatiewaarden
voor aangebrachte coatings, het opsporen van defecte aansluitingen en isolatieflenzen, het meten
van de grondwaterstanden, lekkages, vervormingen, trillingen, etc. Voor nadere informatie
over dit soort metingen wordt men verwezen naar de desbetreffende speciale literatuur, zoals
bijvoorbeeld [1].
8.1 Doel van monitoring en controle
Het hoofddoel van het uitvoeren van metingen en inspecties in een tunnel kan worden
gedefinieerd als:
"Het controleren en het trachten in stand te houden van de ontwerpaannamen op zodanige
wijze dat de constructie tijdens de levensduur, met een zekere betrouwbaarheid, aan de gestelde
eisen voldoet".
Tijdens het ontwerp worden aannamen gedaan omtrent de grondgesteldheid, temperatuumiveaus,
grondwaterstand, verkeersbelasting, levensduur, aanwezigheid van interferentiestromen
langs het tunneltraject, etc. Tijdens de gebruiksperiode dienen deze aannamen te worden geverifieerd
en zo nodig te worden teruggekoppeld naar de ontwerpafdeling.
Tijdens het ontwerp zijn prognoses gemaakt (op grond van de hiervoor genoemde aannamen)
van de verwachte zettingen, vervormingen, spanningsniveaus, corrosiesnelheden, stroomverbruik
door KB-instaHatie, verdeling corrosiepotentialen, etc. De uiteindelijke waarden van
deze parameters dienen tijdens de gebruiksperiode te worden geverifieerd met de voorspelde
waarden. De bij de inspectie en monitoring verzamelde gegevens kunnen later worden gebruikt
om een gedrags-, storings- of gebruiksvoorspelling van de tunnel(component) te doen of voor
het ontwerp van nieuwe tunnels.
127

Tijdens de gebruiksfase wordt, door middel van monitoring en controle (inspecties) de voortgang
van de desintegratie van het desbetreffende materiaal of component alsmede het gedrag
van de, in het systeem aanwezige, apparatuur vastgesteld.
De verzamelde resultaten van de verrichte metingen dienen te worden getoetst aan normen en
richtlijnen om een uitspraak te kunnen doen over de onderhoudsconditie van de tunnel of het
desbetreffende onderdeel. In de praktijk blijken deze normen en richtlijnen grotendeels niet te
bestaan en zullen derhalve moeten worden opgesteld zodat tijdig de juiste corrigerende
maatregelen kunnen worden getroffen.
8.2 Meetapparatuur
De aanwezigheid van representatieve meetpunten voor corrosie-, spannings- en/of stroommetingen
is een voorwaarde om de staat van onderhoud van de constructie en/of de werking van de
kathodische bescherming te kunnen beoordelen.
In het bijzonder bij de ondergrondse (buisleidings)systemen kunnen de meetpunten worden geplaatst
in/bij:
mantelbuizen of isolatiestukken;
galvanische anoden; kruisingen met andere metal en objecten;
zwerfstroomgebieden;
dijk- en waterwegkruisingen.
Ook moeten bij systemen met KB de meetpunten over het gehele traject in onderlinge afstanden
worden verdeeld van maximaal 1000 meter in stedelijke gebieden en van maximaal 2000 meter
in buitenstedelijke gebieden.
Verbindingskabels dienen een goede e1ektrische geleidbaarheid te waarborgen en dubbel geisoleerd
te zijn. De aard van de elektrische isolatie van de kabels dient in overeenstemming te zijn
met het milieu en de omstandigheden waarin de kabels worden geinstalleerd. Horizontaal geinstalleerde
kabels dienen te worden beschermd met behulp van mantelbuizen, afdekplaten e.d.
Ondergrondse doorverbindingen door middel van moffen dienen zoveel mogelijk te worden vermeden.
Daar waar deze onvermijdelijk zijn, dient de doorverbinding zodanig te worden afgewerkt
met bijvoorbeeld een epoxy gevulde mof dan wel een speciaal voor dit doel
ontwikkelde krimpmofwaardoor indringing van vocht vrijwe1 is uitgesloten.
Voor het aansluiten van kathodekabels op het te beschermen object geldt hetzelfde als voor het
aansluiten van meetdraden.
Kabels naar anoden vragen bijzondere aandacht. Deze dienen met veel zorg te worden geinstalleerd
am beschadigingen van de isolatie van de aders te voorkomen. In de kabels moet voldoende
flexibiliteit aanwezig zijn om mechanische spanningen, tengevolge van bijvoorbeeld
grondzetting, op te vangen. Kabels van in diepboring geplaatste anoden dienen zonder doorverbindingen
(moffen) tot boven het maaiveld te worden gebracht.
De isolatie van de anodekabel dient mechanisch sterk, elektrisch isolerend en te allen tijde chemisch
resistent te zijn uitgevoerd (vanwege de eventuele gasvorming aan de anode).
Bij het aanvullen van de kabelsleuven moeten stenen en andere material en, die beschadigingen
kunnen veroorzaken, worden verwijderd.
128

De instrumenten in gebruik bij kathodische bescherming moeten de volgende eigenschappen bezitten:
spanningsmeters moeten in het algemeen een ingangsweerstand van ten minste 1 MQ/V
hebben en de onnauwkeurigheid moet kleiner zij dan 2% van elke meetwaarde;
stroommeters moeten een geringe inwendige weerstand hebben, waarbij de spanningsval
over de meter minder dan lOmV en de onnauwkeurigheid kleiner dan 2% van elke meetwaarde
is.
Storende wisselspanningscomponenten moeten worden onderdrukt. Instrumenten en bijbehorende
uitrusting moeten in een goede conditie worden gehouden en minimaal Ix per jaar op
nauwkeurigheid worden gecontroleerd. De gegevens hiervan moeten worden geadministreerd.
De keuze van de verschillende referentie-elektroden wordt veelal bepaald door het milieu:
koper/verzadigd kopersulfaat (Cu, CUS04) voor on-shore omstandigheden;
zilverlzilverchloride (Ag/AgCl) voor off-shore omstandigheden;
zink (Zn) voor mantelbuizen en off-shore omstandigheden;
kalomel (KC1) voor laboratorium toepassing.
CuiCuS04 referentie-elektroden moeten voldoen aan de volgende eisen:
het koper van de elektrode mag niet zijn aangetast;
de oplossing met kopersulfaat waarin de elektrode zicht bevindt, moet verzadigd zijn (min.
20 g kristallen op 100 cc water) en zichtbare kristallen bezitten;
de oplossing mag niet troebel zijn.
8.3 Controle van het KB-systeem
Kosteneffectieve corrosiebeheersing van ondergronds staal vereist dat de werking van het KBsysteem
continu wordt bewaakt en dat de fouten in het systeem (bijvoorbeeld als gevolg van beschadigingen
in de coating, veranderingen in de bodemweerstand, verandering van de weer stand
van de grondbedden of desintegratie van de anoden) correct worden gediagnostiseerd.
Daamaast zal kathodische bescherming alleen een voortdurende effectieve beschermingtegen
corrosie blijven geven, als het doelmatig functioneren daarvan regelmatig wordt gecontroleerd.
Regelmatig onderhoud en periodieke controle volgens de aanbevelingen van de Nederlandse
Praktijkrichtlijn NPR 6912 is daarom noodzakelijk.
Ook de implementatie van computerprogramma's, die de KB-defecten helpen interpreteren kan
hierbij een waardevolle hulp zijn [9].
Corrosie en kathodische bescherming zijn elektrochemische processen, waarbij sprake is van
stroom (= elektronen- of ionen-)geleiding. Bij ionengeleiding is sprake van materiaal(ionen)transport.
Het is daardoor mogelijk om d.m.v. elektrische metingen nadere informatie te verkrijgen
over, bijvoorbeeld, de corrosiesnelheid van staal en de effectiviteit van een ge"installeerdkathodisch
beschermingssysteem. Elektrische metingen zijn in het algemeen relatief eenvoudig
uitvoerbaar en daardoor bij uitstek geschikt om het praktisch functioneren van kathodische bescherming
te controleren (z.g. veldmetingen).
Een belangrijk gegeven is daarbij, in de eerste plaats, de metaal-elektrolyt-potentiaal (MEP) die
op verschillende punten van het te beschermen object gemeten moet worden. Met deze ge-
129

gevens kan itnmers worden gecontroleerd of de bescherming aan het gestelde potentiaal-criterium
voldoet. Andere elektrische grootheden die tijdens de periodieke inspecties gemeten kunnen
worden zijn de beschermstroomsterkte en eventueel een mogelijk optredende ongewenste
elektrische belnvloeding van buitenaf (inteiferentie).
Gelijkrichterinstallaties kunnen, behalve door een onoordeelkundige afschakeling van de netstroomvoorziening,
uitvallen door kortsluiting, onderbreking van de stroomtoevoerkabel of andere
aansluitkabels, blikseminslag, defecten aan de gelnstalleerde anoden of de referentie-electrode
en wijziging van de omgevingsomstandigheden ter plaatse. Ook deze gebreken kunnen
tijdens de periodieke controle worden opgemerkt en verholpen.
Controle van het functioneren van de KB-installatie in geval van zeer diep gelegen stalen
tunnels is problematisch. Uit praktijkmetingen in ondergrondse tanks en leidingen is gelukkig
gebleken dat controle op de werking van de KB-installatie, onder deze omstandigheden, wel
mogelijk is met behulp van corrosiecellen zoals die, ontwikkeld door de firma Rohrback
Cosasco. De meting met behulp van deze cellen wordt omschreven in de paragraaf "Controle
van de beschermingstoestand", verder in dit hoofdstuk.
In [11] worden onder andere vergelijkingsmethoden behandeld om de meest geschikte elektrochemische
sensoren te selecteren voor de monitoring van het KB-systeem van ondergrondse
leidingsystemen.
Opmerking: Terwille van een correct beheer van de KB-installatie dienen de criteria voor het
vaststellen van de potentiaalwaarden bekend te zijn omdat bij toepassing van kathodische bescherming
het specifieke elektrische geleidingsvermogen van de bodem bepalend is en niet de
agressiviteit (zie hoofdstuk 7). Hierover moeten van tevoren dus duidelijke afspraken worden
gemaakt.
8.4 Meting van de MEP
De meting van het potentiaalverschillangs het tunneltraject aan het grensvlak tussen het metaaloppervlak
en de aangrenzende elektrolyt (bijvoorbeeld grondwater, zeewater of vochtige grond)
maakt het mogelijk een uitspraak te doen over de corrosie en de corrosiebescherming van de
stalen tunnel wand. Dit wordt de metaal-elektrolyt-potentiaal (MEP) genoemd (in de literatuur
meestal als de "pipe-to-soil potentiaal" aangeduid).
Indien een kathodische installatie in het systeem is opgenomen dan is de MEP een maat voor de
effectiviteit waarmee een object is beschermd.
De bedoeling van de meting van de MEP langs een traject dat kathodisch wordt beschermd is
het vinden van locaties waar de beschermende potentiaal niet aan het criterium, vermeld in tabel
20 voldoet. Dit doet zich bijvoorbeeld voor bij beschadigde coatings.
De werkwijze voor de potentiaalmeting wordt omschreven in de NPR 6912. In fig. 31 is de
meting schematisch weergegeven (zie voor andere nieuwe technieken 8.8).
De MEP van een staalconstructie wordt gemeten ten opzichte van een in de grond geplaatste referentie-elektrode
die in contact is met de bodem. Vaak worden de potentiaalmetingen ter
plekke uitgevoerd vanaf meetstations, eenvoudige betonnen paaltjes met aansluitingen op het
object, die langs de leiding op het maaiveld worden geplaatst (zie ook 8.8).
Het gemeten potentiaal is de resultante van de potentialen van alle delen van de staalconstructie
die door de referentie-elektrode worden "gescand". De aflezing van de potentiaal is dus afhan-
130

kelijk van de positie van de referentie-elektrode ten opzichte van de tunnel wand. Hoe dichter de
elektrode bij de wand wordt geplaatst hoe kleiner het oppervlak dat door deze wordt gescand en
dus hoe nauwkeuriger de potentiaalverschillen tussen de meetpunten kunnen worden opgespoord.
Vaak bedraagt de afstand tussen de meetpunten circa 30 meter of meer terwijl de afstand van de
referentie-elektrode tot de wand wordt aangehouden op maximaall,5 meter.
In sommige gevaIlen, bijvoorbeeld indien aangetoond is dat de coating van het beschermde
object op vele plaatsen is beschadigd, worden in de praktijk potentiaalmetingen op intervallen
van ca. 1 m uitgevoerd (de Z.g. "Close-interval potential surveys" of CIPS). De planning en
uitvoering van deze metingen, alsmede de registratie en interpretatie van de meetgegevens,
worden uitvoerig in [35] behandeld (zie ook 9.15).
-'-'-
bovengrondse meetruimte
met meetpunt (meetpaal)
afgewerkt maaiveld
_pijpleiding
- - 4
referentieelektrode
Figuur 31. Meting van de metaal-elektrolyt-potentiaal (MEP).
.
, ~,
I
Bij de bepaling van de MEP-waarden moet rekening worden gehouden met het spanningsverschil
in de bodem zelf. Om deze reden moet de referentie-elektrode dus ook zo dicht mogelijk
bij het beschermde object worden geplaatst om storing van de meting door vreemde
potentiaalvelden te vermijden. In de praktijk zal dit, vanaf het maaiveldniveau, alleen in geval
van ondiepe sleuf- of afgezonken tunnels mogelijk zijn.
De meting van de MEP op dezelfde wijze zoals ook voor ondergrondse leidingen wordt gedaan
is echter problematischals het over diep gelegentunnelsgaat, (waar meestal aIleen kathodische
bescherming door middel van opgedrukte stroom mogelijk is).
Meten vanafhet maaiveld is in dit geval niet goed mogelijk doordat de hoeveelheid storing in de
meting te groot wordt door de grote afstand tussen de elektrode en de tunnel.
Mogelijke oplossingen voor dit probleem kunnen zijn:
A. De referentie-elektroden nabij de tunnelwand ingraven, maar dan is het probleem dat veel
elektroden op de langere termijn niet stabiel zijn, in de praktijk gaat een referentie-elektrode
niet langer dan 10 jaar mee. In deze situatie moeten de elektroden vemieuwd kunnen worden,
hetzij na een vaste periode, hetzij nadat is gebleken dat de potentiaalwaarde teveel is
verschoven.
Dit probleem zou wellicht kunnen worden ondervangen door het gebruik van inerte elektroden
(b.v. platina) als referentie-elektroden. Deze mogelijkheid moet echter eerst worden
onderzocht.
131

B. Bepaling van het verschil in tijdsafhankelijkheid van de elektrochemische grensvlakpotentiaal
en die van het ohmse spanningsverlies in de bodem. Wanneer de stroom gedurende korte
tijd wordt uitgeschakeld valt het ohmse spanningsverlies (IR-drop) onmiddellijk terug tot nul
(1=0). De potentiaal op het grensvlak verandert in korte tijd slechts weinig en kan na het uitschakelen
worden afgelezen (uitschakelpotentiaal). Om te voorkomen dat een spanningsverlies
optreedt in de meetapparatuur zal men gebruik moeten maken van een voltmeter met
minimaal 1 MQ inwendige weerstand.
C. Het plaatsen van een stalen staaf dicht bij de staalconstructie en deze door middel van een
gecombineerde off-potentiaal en stroommeter galvanisch kort te sluiten. Deze oplossing is,
qua uitvoering, zeer eenvoudig en geschikt voor alle (inhomogene) grondsoorten, al dan niet
in aanwezigheid van interferenties en zwerfstromen in de grond [12].
D. De potentiaalmetingen vanaf de binnenzijde van de tunnel uitvoeren, via ge'isoleerde openingen
die door de tunnel wand zijn aangebracht. Deze methode lijkt het meest nauwkeurig
en eenvoudig uit te voeren.
Omdat de gemeten potentiaalwaarde alleen geldt voor het grensvlak, moet de meting aan de
volgende eisen voldoen:
de gemeten MEP-waarde mag geen te optimistisch beeld geven van de beschermtoestand;
het spanningsverlies in het meetcircuit moet verwaarloosbaar klein zijn.
Een MEP tussen -0,5 en -0,75 V (t.o.v. Cu/CUS04) langs een tunneltraject dat niet kathodisch
wordt beschermd betekent meestal (maar niet altijd) dat er geen macro-galvanische cellen aanwezlg
zlJn.
Een positieve potentiaalpiek in een bepaalde locatie kan betekenen dat het staaloppervlak ter
plaatse in aanraking is gekomen met een andere begraven constructie.
Een negatieve piek daarentegen kan het ontstaan van een negatieve zone van macro-galvanische
cellen op het staaloppervlak verraden. Indien de potentiaal, gemeten op enkele meters afstand
(lijnrecht tegenover) van deze zone, positiever zou blijken te zijn dan die gemeten langs het tunneltraject,
dan is de verdachte locatie inderdaad een "hot spot" (een corrosienest).
In gebieden waar de aanwezigheid van sulfaatreducerende bacterien is aangetoond ofwordt verondersteld
moet men ervoor zorgen dat de MEP niet positiever wordt dan -950 mV ten opzichte
van de Cu/CuS04-elektrode.
Wordt een onvoldoende potentiaal afgelezen, of daalt deze snel, dan is dit een aanwijzing dat
het coatingsoppervlak danig is beschadigd.
De meting van onvoldoende potentiaal op een locatie kan daarnaast ook zijn veroorzaakt door
een vreemde (niet goed ge'isoleerde) staalconstructie in de buurt.
Gedurende de polarisatieperiode, in geval van KB door opgedrukte stroom, zal de frequentie
van de controles van de potentiaal van de constructie en de output van de gelijkrichters hoog
zijn (in de regellx per dag). Dit ter voorkoming van overmatige bescherming.
Indien de constructie is voorzien van een uitwendige coating dan dient men er voor te zorgen
dat de MEP niet negatiever wordt dan - 2,0 V ten opzichte van de standaard Cu/CUS04elektrode,
anders zou de coating beschadigd kunnen worden door het gevormde waterstof.
132

Na het bereiken van de stationaire toestand kan men met bijvoorbeeld een meting per half jaar
volstaan.
In de praktijk geeft de gemeten potentiaal steeds een wat te gunstig beeld van de bestaande situatie.
Dit komt doordat het in de bodem optredende spanningsverlies (de zo genaamde "IRdrop"=
I x R) gedeeltelijk wordt meegemeten. Hierbij is R de ohmische weerstand van het
elektrolyt-traject tussen de referentie-elektrode en het te beschermen metaaloppervlak en I de
beschermstroom in dit traject.
In geval de gemeten potentiaalwaarde, inclusief genoemde IR-drop, negatiever is dan het beschermcriterium
en zonder deze IR-drop positiever, is het metaal niet voldoende tegen corrosie
beschermd. De gemeten potentiaalwaarde kan evenwel abusievelijk tot de conclusie leiden dat
het object wel kathodisch beschermd is.
Opmerking: In sommige gevallen kan het spanningsverval dermate groot zijn dat onverwachte
corrosie in het te beschermen stalen object kan optreden terwijl, volgens de MEP-meting, het
object voldoende beschermd was.
Een vrij nieuwe techniek voor het meten van de MEP is de zogenaamde "Alexander eel" [18].
Deze cel bestaat uit twee elektroden die met de staalconstructie worden be graven en daarmee
galvanisch worden kortgesloten. Beide elektroden ondervinden dus ook de effecten van de KB.
Met behulp van deze e1ektroden kan het KB-systeem worden afgestemd in bijvoorbeeld
perioden van veel regen of andere veranderingen in de omgeving.
Een punt van aandacht bij potentiaalmetingen is de degradatie van de referentie-e1ektrode
(meestal CuiCUS04) in de tijd onder invloed van de omgevingsfactoren (temperatuur, chloriden,
bacterien, etc.). Deze degradatie gaat altijd gepaard met een afwijking van het elektrodepotentiaal
ten opzichte van het normale referentiepotentiaal. Dit aspect wordt uitvoerig in [33]
behandeld.
8.5 Meting van de beschermstroom
De totale "beschermstroom", dat is de door een galvanische anode of door een uitwendige
stroombron aan het te beschermen metalen object afgegeven stroom, wordt afgelezen met een
amperemeter die in het beschermcircuit is opgenomen, of met een amperetang in de
toevoerkabe1 naar de anode ofnaar het te beschermen object (zie ook 8.8).
Een hoge beschermstroomdichtheid is een indicatie dat het KB-systeem van een staa1constructie
niet optimaal functioneert of dat het coatingoppervlak emstig is beschadigd. Bij objecten die
e1ektrisch in secties kunnen worden opgedeeld, verdient het aanbeveling de stroomdichtheid per
sectie te bepalen.
Ter indicatie worden in tabe1 21 (hoofdstuk 7) enke1e stroomdichtheden vermeld, die bij verschillende
bekledingen nodig zijn voor een afdoende bescherming. De hier vermelde
stroomdichtheden zijn richtwaarden, die van geval tot geval kunnen verschillen en die dus
slechts een orienterend karakter hebben. Ze mogen niet worden gebruikt om de effectiviteit van
de kathodische bescherming te beoorde1en. Wel om, bijvoorbeeld tijdens de ontwerpfase, een
indruk te verkrijgen van de hoogte van het stroomverbruik, etc. (zie ook de richtwaarden
vermeld in 7.6).
133

Indien de beschermstroomdichtheid hoger is dan, op grond van de bekleding, mag worden verwacht
(b.v. vanwege de aanwezigheid van veel beschadigingen in de coating) kan dit aanleiding
zijn voor nader onderzoek.
Hiertoe kunnen metingen naar specifieke storingen worden uitgevoerd, met name op:
de werking van isolatiestukken (stroomdrukproef, weerstandsmetingen, etc.);
bekledingsfouten (Pearson-onderzoek, potentiaalgradienten, magnetisch veld) en
metallische contacten met andere ge1eiders (audiofrequentiemeting).
Een methode voor de bepaling van de stroom nodig voor een efficiente kathodische
bescherming, die voor tunnels zeer goed zou kunnen worden toegepast, is het meten van de
MEP bij toenemende niveaus van opgedrukte stroom. De gemeten MEP-waarden worden dan
tegen de logarithme van de opgedrukte stroom in een grafiek aangebracht. Er bestaat een
rechtlijnig verband tussen beide grootheden, met een lichte helling bij lagere stromen. Deze
helling wordt echter scherper bij hogere stromen. Het knikpunt tussen beide hellingen geeft de
juiste stroomdichtheid aan die nodig is voor de optimale kathodische bescherming van de
constructie. Dit wordt gei1lustreerd in figuur 32.
!c;
~
t ~
~
I
S
~ !
:5
'j
1;
-0.9
-0,8
J -Q7
-Q6,
10
-
6~
m:;y
current den.ity
requim for
c;athodic
protK.!ion
20

In de voorschriften NENI09 en NPR 6912 ten behoeve de van kathodische bescherming worden
alleen bodemweerstandsmetingen van grondmonsters op buisdiepte en weerstandsmetingen in
situ met behulp van de zogenaamde "Shephard canes" toegelaten. Dit zijn twee stalen stokken
die tot op buisdiepte in de grond worden gestoken en waarmee het mogelijk is de plaatselijke
bodemweerstand (p) vrij nauwkeurig te bepalen (zie fig. 33, boven). Deze methode is
aanzienlijk verbeterd met de toepassing van een aardpen volgens figuur 33 (onder).
~19
G
HATEN IN mm
"-' R.
1000
HATEN IN mm
"GEJSOLEERO
.,>1
PUP
~
PUP
,\ "
.
" \JJJ
Figuur 33. "Shephard canes" (boven) en aardpen (onder).
Een nadeel van deze methode is dat de meting van de bodemweerstand tussen beide stokken
slechts tot een beperkte diepte kan geschieden. In geval van grotere diepten (b.v. tot het niveau
van een diep afgezonken tunnel) is men genoodzaakt om putten te graven of boringen te
verrichten.
De methodes welke gebaseerd zijn op het principe van Wenner of Schlumberger ("Four-pin method")
worden in veel literatuur als niet geschikt beschouwd voor KB hoewel in [25] juist
aangeraden). De aangegeven reden is dat zij slechts een "schijnbare" bodemweerstand zouden
meten, en gemakkelijk een 10 maal te hoge of een 10 maal te lage waarde van de "echte"
bodemweerstand op tunneldiepte kunnen voorspiegelen.
De bodemweerstand wordt meestal slechts eenmalig, en wel tijdens de aanleg van de staalconstructie,
gemeten. Dit is voor de Nederlandse situatie echter niet helemaal correct.
135

In werkelijkheid gaat het in de kathodische bescherming nooit over een "gemiddelde"
bodemweerstand (b.v. tussen ca. 0,5 en 10 meter diepte) maar wel over de bodemweerstand op
tunnelhoogte! Deze is alleen constant voor bepaalde kleigronden waarin de waterhoogte op peil
blijft. Dit kan voorkomen in polders of in gronden langs de zeekust. Zoals bijvoorbeeld
waargenomen is bij meetpunten in de Noordoostpolder en bij een meetpunt ter hoogte van Spijk
(Dollard). In aIle andere gevallen varieert de bodemweerstand met de tijd zeer sterk vanwege de
veranderingen van de waterstand [23]. Dit blijkt ook uit figuur 3, 4 en 5.
Aangetoond is dat de variaties van de bodemweerstand in een logaritmisch verband staan met de
vochtigheid in de bodem of anders gezegd met de waterstand.
Vanwege de schommelingen in het vochtgehalte van de grond, bijvoorbeeld als gevolg van een
periode van droogte, is het een goede praktijk om altijd grondmonsters naar het laboratorium
mee te nemen en daar de weerstand (en overige grondparameters zoals de pH, etc.) te bepalen,
nadat de vochtigheidsgraad van de grond op het "normale" peil is gebracht.
Ook de temperatuur van de grond ten tijde van de weerstandsmetingen kan een belangrijke
factor zijn. De bodemweerstand neemt namelijk toe naarmate de temperatuur daalt. Bij zeer lage
temperaturen (het grondwater nadert het vriespunt) neemt de weerstand sterk toe. Daarom is het
raadzaam om bij lage temperaturen geen weerstandsmetingen in het veld te verrichten. Onder
zulke omstandigheden verdient het de voorkeur om grondmonsters uit de grond te nemen en
deze in het laboratorium, onder de juiste condities, te onderzoeken.
Vanwege de veranderende condities in de grond en het ontbreken van een exacte correlatie tussen
de corrosie waargenomen in de praktijk en de gemeten bodemweerstand is het niet verstandig
om, voor het karakteriseren van een grondsituatie, slechts een weerstandswaarde te vermelden.
Beter is het aangeven van een meetbereik met een minimum- en maximumgrens (zie b.v.
tabel 5).
De veranderingen van de bodemweerstand in de tijd brengen variaties in de specifieke stroombehoefte
voor iedere beschadiging in de isolatie (coating) met zich mee (7.5).
Deze stroomdichtheid hangt weer af van de overgangsweerstand (Ra) van een rond gat in de
pijpbekleding, volgens:
Ra = P / 2d
Waarin:
p is de specifieke bodemweerstand
d is de diameter van de pijp of tunnel
Vierkante, langwerpige krassen of andere vormen van fouten in de bekleding hebben een lagere
overgangsweerstand dan ronde gaten in de pijpbekleding. De bodemweerstand beheerst dus de
beschermingspotentiaal op de plaats van een beschadiging. En dit betekent dus ook dat de potentiaal
op de te beschermen 'kale' oppervlakken niet constant is, maar seizoenafhankelijk.
Immers, de logaritme uit de plaatselijke stroomdichtheid bepaalt de potentiaal op dat deel van
de staa1constructie [23]. Dit aspect wordt behandeld in 8.8.
8.7 Meting van interfentie
De eventuele aanwezigheid van interferentie-effecten in of naast een eigen staa1constructie kan
vrij eenvoudig worden vastgesteld door de potentiaalgradient tussen diverse locaties in de grond
136
(13)

te meten. Deze metingen worden uitgevoerd met behulp van twee referentie-elektroden, zoals
aangegeven in figuur 34. Een meetelektrode wordt boven het beschermde object (b.v. de tunnelwand)
geplaatst en een andere elektrode op een afstand van 10 meter. Beide elektroden bevinden
zich aan het bodemoppervlak. Indien de desbetreffende staalconstructie kathodisch wordt
beschermd dan dient de beschermende stroom, alvorens met de potentiaalmetingen te starten, te
worden uitgeschakeld.
Onderzoek naar interferentie op of door naburige objecten dient zo spoedig mogelijk na ingebruikneming
van de kathodische beschermingsinstallatie te worden verricht. Het moet steeds
worden herhaald wanneer de situatie ter plaatse is veranderd, zoals:
na wijziging van het anodebed;
na uitbreiding van het object of van naburige objecten;
na verhoging van de beschermstroom.
De metingen dienen gedurende een periode van 24 uur te worden uitgevoerd om de maximale
effecten vast te kunnen stellen en ook om de interferentiebron te kunnen lokaliseren. Afhankelijk
van de hoogte van het potentiaalverschil tussen beide elektroden zal men kunnen afleiden of
er wel of geen relevante interferentie ter plaatse zal optreden. Een potentiaalgradient kleiner dan
0,5 mY/meter kan worden geaccepteerd. Een verschil groter dan 5 mY/meter echter is een aanwijzing
van interferentie ter plaatse van de meting. Afhankelijk van de emst van de situatie zal
men passende maatregelen moeten treffen om het eventuele interferentieprobleem te elimineren
of de effecten daarvan te minimaliseren (zie 7.9).
Voor de beoordeling of de waargenomen interferentie nadelig voor de staalconstructie kan zijn
zie ook de criteria vermeld in 7.9.1 en tabel 23. Een nauwkeuriger methode om de mate van
interferentie vast te stellen en die de laatste jaren veelvuldig wordt toegepast (zie 8.8) is het aanbrengen
van corrosiecoupons naast de tunnelwand (op een aantal punten langs het tunneltraject)
of op die plaatsen waar interferentie wordt vermoed, zoals verwacht kruispunten met andere leidingen
voorzien van KB. Variaties in interferentie vanaf spoorrails zijn afhankelijk van de treinactiviteit.
In locaties met een druk treinverkeer fluctueren de sterkte en de richting van de interferentiestromen
met grote frequentie. In dit geval is het nemen van de juiste beschermende
maatregelen problematisch. De intereferentie veroorzaakt door andere, in de buurt van de
tunnelwand aanwezige, kathodisch beschermende systemen is daarentegen meer stabiel.
,
~
I
J
--D vI
I
I,
I
I
~p",
,,/~~~~~~,
:Y/~'>%~
10,.,
Figuur 34. Meten van interferentie.
n y
137

8.8 Controle van de beschermingstoestand
Een momentopname van de beschenningsgraad van een object kan worden verkregen door
middel van de opstelling van figuur 35. De meetmethode kan als voIgt in het kort worden
omschreven [3]:
1. Via een registrerende voltmeter en een referentie-elektrode wordt de metaal-elektrolyt-potentiaal
(MEP) gemeten van de kathodisch beschennde tunnelwand.
2. Door middel van de sonde wordt een beschadiging in de coating (of isolatie) van de tunnelwand
gesimuleerd, waarbij de beschenn- c.q. corrosiestroom wordt gemeten en geregistreerd
met behulp van een registrerende amperemeter.
3. Indien tijdens de 24-uursregistratie van de meetwaarden fluctuaties worden waargenomen
(zeer waarschijnlijk als gevolg van interferentie of zwerfstromen) dan wordt het uur met de
meest nadelige beinvloeding geselecteerd.
4. De stroom die, gedurende een bepaalde tijd in dat uur, onder een bepaalde waarde komt is
bepalend voor een onacceptabele situatie. Hoe lager die stroomwaarde is, des te korter wordt
de toegestane tijd.
5. Het interval tussen de metingen mag, bij gebruik van dataloggers, ten hoogste 10 seconden
bedragen.
RegistrereDde
~
"(lI16
"A
I' II',
I \ I
'-"
Registrerendc
voltmeter
v
Metalcn object
Figuur 35. Opstelling voor de controle van de beschenningstoestand van een stalen object in
de grond.
De grootte en de richting van de stroom door de meetsonde bepalen of de situatie acceptabel is
of niet [3]. De grootte van de stroom wordt meestal uitgedrukt in procenten van de
beschennstroom, gerelateerd aan het meest ongunstige uur van de beinvloeding tijdens de 24uurs-meting.
Indien het niveau van de beschennstroom (zonder interferentiebeinvloeding) aangegeven wordt
met 100% en de nullijn met 0% dan mag de sondestroom niet onder de waarden venneld in tabel
23 komen. Is dit wel het geval dan dient men de nodige maatregelen te treffen, ter minimalisering
van de interferentieverschijnselen (zie 7.9).
138

Tabe123. Zwerfstroom- en interferentieeriteria.
Sondestroom in % van de Meettijd
besehermstroom
In % van het besehouwde In seeonden
meetuur
>70% Onbeperkt --
70% 40% 1440
60% 20% 720
50% 10% 360
40% 5% 180
30% 2% 72
20% 1% 36
10% 0,5% 18
0% 0,1% 3,6
Wanneer tijdens de potentiaa1- of stroommetingen fluetuaties worden waargenomen, is er
vrijwe1 altijd sprake van zwerfstromen. In derge1ijke gevallen moet worden gemeten met
eontinu registrerende potentiaa1- en stroommeetinstrumenten.
De ervaring uit de praktijk 1eert dat:
- Indien de e1ektrodepotentiaa1, gemeten op de 10eatie waar eorrosie optreedt, hoger is dan -
500 mV (versus Cu/CUS04), dan is de kans zeer groot dat externe po1arisatie optreedt (zeer
waarsehijnlijk a1sgevo1g van interferentiestromen).
- Indien het stroomeireuit van de eel word ges10ten (zo vee1 moge1ijk) en de e1ektrodepotentiaa1versehuift
naar meer negatieve waarden interferentie p1aatsvindt.
Onder norma1e omstandigheden wordt de besehermingstoestand (MEP en besehermstroom) in
de praktijk meesta1 tweemaa1 per jaar geeontro1eerd, namelijk in het vooriaar en in het naiaar.
Dit lijkt voor de Nederlandse situatie niet a1tijdjuist omdat, zoa1s reeds besproken in paragraaf
"Meting van de bodemweerstand", de bodemweerstand (zoa1s ook de waterstand) sterk door de
seizoenen wordt beinv10ed en daarmee ook de stroombehoefte en de bijbehorende potentiaal.
Uit figuur 4 b1ijkt dat tijdens de "zomer" de waterstand het 1aagst is, de bodemweerstand het
hoogst en derha1ve de besehermspanning minimaa1 kan zijn.
De meting van de MEP, zoa1s omsehreven in PRN 6912 (zie ook 8.4) is uiterst eenvoudig. Maar
de tekst in NPR6912 verbergt enke1e verrader1ijke beperkingen. De tota1e besehermingsstroom
(ook afkomstig van zwerfstroom) moet name1ijk tijdens de meettijd (kort) uitgesehake1d
worden. Dit 1aatste wordt vaak vergeten. Het gevo1g is dat men in ieder jaargetijde nagenoeg
deze1fde spanning meet. Deze is in de zomer we1 bijzonder geflatteerd door het onwerkzame
aandee1 in de besehermspanning van de zogenaamde IR-drop in de bodem. Dit ge1dt uiteraard
voor 'vast' ingeste1de gelijkriehters.
Voor zwerfstromen van geelektrifieeerde spoorlijnen en van andere gelijkstroombronnen is deze
korte uitsehakeling van de beseherming ongesehikt.
139

Uit een en ander blijkt dat, in gronden met wisselende waterstand of vochtigheid in feite een
continue controle aanwezig moet zijn, of men moet tenminste in de droge maanden de beschermspanning
controleren met een "IR vrije" meetmethode, zoals de "sondemethode". Deze
techniek wordt in de literatuur veelvuldig vermeld [26-32]. Hierbij maakt men gebruik van kale
metalen plaatjes (ronde corrosiecoupons met een contactoppervlak van ca. 10 cm2) langs het
tunneltraject, welke men met de staalconstructie verbindt via de aangebrachte meetpalen. Zo'n
onbeschermde coupon simuleert een goed gedefinieerde beschadiging in de coating of een fout
in de elektrische isolatie van de tunnelwand. De twee voomaamste uitvoeringen worden hiema
behandeld.
8.8.1 Baeckmannuitvoering (ziefiguur 300)
Deze sonde bestaat uit een ronde stalen plaat, welke aan een zijde is gelsoleerd; de isolerende
rand op de metalen plaat simuleert de dikte van de bekleding. In het midden van deze plaat is
een calomel-referentie-cel aangebracht. Met een normale of registrerende meter kan men nu via
de meetpaal de IR vrije potentiaal op deze plaat meten. Deze plaat is met de pijp verbonden en
heeft een oppervlak van 10-30 cm2.
Deze methode vraagt een kostenverhoging per meetpunt van ca. f 1.000,--.
ISQATIE RAND
Figuur 36a. Baeckmann uitvoering van de "sonde-methode".
8.8.2 Gasunieuitvoering (ziefiguur 37b).
Hier wordt naast het meetpunt een blank staafje van 10-25 cm2 in de grond gestoken.
Bij iedere meting wordt de verbinding van dit staafje met de pijp regelmatig kortstondig onderbroken.
Dit kan met behulp van een los meegebrachte meter, die van een aanwijzend of registrerend
type kan zijn. De meter is voorzien van een automatisch werkend apparaat, dat bijvoorbeeld
1/100 seconde een contact uitschakelt en vervolgens 99/100 seconde sluit. In de 1/100 seconde
wordt via een zogenaamde "Sample-hold" schake ling, de IR vrije spanning op het staafje gemeten.
Het voordeel van deze methode is dat men slechts een eenvoudige stok behoeft te installeren,
welke op een bepaalde afstand van de pijp in de grond gedreven wordt. De kosten zijn
gering, namelijk ca. f 100,--. Wel moet bij iedere meting een losse referentie-elektrode worden
gebruikt. Deze referentiecel had men echter bij de "normale"methode van figuur 31 ook nodig.
Hoewel er grote constructieve verschillen zijn tussen de Baeckmann en de Gasunie methode,
zijn de resultaten praktisch hetzelfde. Een staafje zonder rand (zie fig. 37) heeft een minimaal
"Ro"-verschil ten opzichte van een rond plaatje eveneens met 10 cm2 oppervlak (zie 8.6).
140

De verbetering die met deze methoden wordt bereikt is aanzienlijk, mits in de zogenaamde
"hooitijdperiode" wordt gemeten. Toepassing van deze twee nieuwe methoden zal voor vele
onaangename verrassingen zorgen. Wat volgens de traditionele methode beschermd was, zal
volgens de "sondemethode" in een gedeelte van het jaar onbeschermd zijn.
REF eEL
SH VERSTERKER
Opp = 10 cm2 I E uN
I
I
HETER I
RECORDI
Figuur 36b. Gasunie uitvoering van de "sonde-methode".
Ro = 0.9 xf'
hi!
E ......
""I
"'"
.~
-ED
I.. 1~m ..I
"'"II
Ro = 0.4xpx 1oglJ-
I
Figuur 37. Overgangsweerstand (Ro) van de Baeckmann (links) en Gasunie (rechts) uitvoeringen.
Hoewel het nog wat futuristisch lijkt, is het met de verruiming van de markt van integrated circuits
(chips) mogelijk om in een meetpaal continu de beschermingsspanning te controleren. Prototypes
van deze circuits zijn reeds vervaardigd. Ze werken op drie 1Y2Volts batterijen en
nemen ca.100 u A stroom op. De schake ling bepaalt een gemiddelde (ongunstige) afwijking van
de voorgeschreven beschermspanning. Het totaal van deze afwijkingen wordt op een mechanische
of op een elektronische teller vastgelegd. Indien men nu de tellerstand (na een bepaalde
periode) deelt door de verstreken tijd dan verkrijgt men een getal dat maatgevend is voor
de efficiency van de aangebrachte bescherming.
Een probleem blijven nog de continu in bedrijf zijnde referentie elektroden.
Controle van de beschermingsgraad van diep gelegen staalconstructies (bijvoorbeeld diep geboorde
tunnels), zoals voor de relatief ondiepe pijpleidingen en tanks wordt gedaan, is
problematisch. Uit praktijkmetingen in ondergrondse tanks en leidingen is gelukkig gebleken
141

dat dit, onder deze omstandigheden, wel mogelijk is met behulp van corrosiecellen ontwikkeld
door de firma Rohrback Cosasco.
am dit te realiseren moeten vanaf de binnenzijde van de tunnel, per meetpunt, twee van deze
cellen worden aangebracht. Een daarvan aangesloten op de KB-installatie (of rechtstreeks op de
stalen tunnel wand) en de andere cel wordt door middel van een kunststoflichaam, goed van de
wand ge'isoleerd, gemonteerd.
Door vervolgens de corrosiesnelheid, die door beide cellen wordt gemeten, onderling te
vergelijken kan de effectiviteit van de beschermende werking van de installatie worden
gecontroleerd ofbijgestuurd.
De KB-installatie zal optimaal werken als de corrosiesnelheid, gemeten door de cel die
galvanisch kortgesloten is met de installatie, vele malen kleiner is dan die, gemeten door de
ge'isoleerde cel.
Omdat het bij de tunnels nodig is om informatie over de kwaliteit van de bescherming te verkrijgen
over de gehele omtrek, lijkt het de beste oplossing om steeds vier paar cellen rondom de gehele
tunnelwand, op vaste afstanden, over de gehele tunnellengte, te plaatsen.
Naar de haalbaarheid van deze methode zal echter een nadere studie moeten worden uitgevoerd.
Een onderzoek naar de mogelijke toepassing van de elektrochemische impedantietechniek voor
het vaststellen van de plaatsen in de constructie waar corrosie optreedt wordt in [17] gerapporteerd.
8.9 Corrosiemonitoring
De agressiviteit van het klimaat aan de binnenzijde van (vooral) verkeerstunnels is in de regel
zeer hoog. Het zal duidelijk zijn dat het vaststellen van de snelheid waarmee de stalen wand
(indien geen beton aanwezig is) aan deze kant van de tunnel corrodeert, in het kader van het
corrosiebeheersingssysteem, onontbeerlijk is. Dit kan continu geschieden met behu1p van enkele
"atmosferische corrosometer cellen", welke desgewenst verbonden kunnen worden met een
centraal "remote data collection system" voor de automatische verwerking en opslag van de
gegevens.
De "corrosometer cellen" berusten op het principe dat de elektrische weerstand van een
metallieke lint of draad toeneemt naarmate het materiaal (door corrosie) dunner wordt.
Uiteraard zal de onderhoudsconditie van de stalen wand, aan de binnenzijde van de tunnel, in
vele gevallen ook aan de hand van ultras one diktemetingen en visuele inspecties vrij eenvoudig
kunnen worden vastgesteld.
Het vaststellen van de conditie van het staaloppervlak aan de buitenzijde van de tunnelwand
door middel van inspecties is meestal niet mogelijk en kan slechts door toepassing van corrosiemonitoring
geschieden.
Een van de inspectietechnieken die de laatste jaren vrij veel aandacht heeft gekregen is "akoestische
emissie". Deze techniek is vooral door BP Engineering in een aantal pilotprojecten uitgeprobeerd,
met veel belovende resultaten [21]. Volgens de meeste literatuur verkeert deze
techniek echter nog steeds in een ontwikkelingsstadium.
De inspectiemethoden die momenteel in de praktijk het meest worden toegepast zijn:
- Regelmatig de wanddikte controleren met behulp van US-metingen vanaf de binnenzijde van
de stalen wand (moeilijk uit te voeren in aanwezigheid van een betonnen binnenbekleding).
142

- De corrosiesnelheid van het staal continu meten, met behulp van speciaal voor dit doel ontworpen
"corrosometer cellen" (b.v. het type 620HD/650 van de firma Rohrback Cosasco).
Deze cellen moeten via openingen (met of zonder schroefdraad) in de tunnelwand naar
buiten worden gebracht en kunnen desgewenst worden doorverbonden met een centraal
datasysteem met een continue en automatische verwerking en opslag van de gegevens. De levensduur
van de cellen zal tussen de 2 en 6 jaar bedragen, afhankelijk van de agressiviteit
van de grond. Een voordeel van deze cellen, ten opzichte van de ultrasoonmetingen, is dat
een plotselinge verandering van de samenstelling van de grond of het grondwater, bijvoorbeeld
als gevolg van een verkeersongeval met chemicalien, onmiddellijk wordt geregistreerd.
Een verder pluspunt is bovendien het feit dat deze cellen kunnen worden toegepast in
combinatie met kathodische bescherming.
Vanwege de constructieve aspecten zal men eerst moeten nagaan of het aanbrengen van boringen
(:f: 5 cm in diameter) in de tunnelwand voor het plaatsen van de corrosiecellen
toegestaan is.
Indien de potentiaal- en stroommetingen volgens de nieuwe technieken, vermeld in 8.8,
worden uitgevoerd dan is het mogelijk om uit de gemiddelde meetgegevens en met behulp
van het nomogram van figuur 38 de corrosiesnelheid van staal, ter plaatse van de metingen,
vast te stellen.
Opmerking: De enorme omvang van het oppervlak van de buitenmantel van de tunnel maakt
het praktisch onmogelijk deze volledig te monitoren. Om de werkelijke situatie zo goed mogelijk
te benaderen zal men gebruik moeten maken van statistische methoden (b.v. de "extremewaarden
statistiek").
fII
II 1ft.. ..
'?l.&.W
E
Ii
.D (8
~ e0
u
'"
~ ~ 1 ~~~
... III"" --""."''''' ft" __-"'.111" "'... -"'-."'''''''' ~"
1,1 1 , ,. ,,1,11101 01" , 1 / 1 ,... .101010101d, 1 1" ..'""1,,..1,1110111" 1 1 1 1." .1... .1 ...~
ft
of.. N - I ~"-"Ift"'"
52
,I, 1 1""'1 ,,,.. IlIlIdd" ,1.".1." .1 '" ,,,,,
1 a!SOJJO~',I,d,
.. . I
.. $i!-."'.IfI"""'''
I .,..,,1,1111101Ii, I.. I I. . I.. ..1,10101.1'"
'"
1""1""1''''''' "1'1"'11 II "'"''1''' .''''''''':' 111'1'1\111'1""'''' 'r"'I"~'1'1I1' I' II ... fill..
1'1""1""1""1'''':1 a,SOJJoaWJOj!un
...
'52--""""7"''''
'$2"."'."'''''''''''
Is;!
!
'u
~ rf
uu>
"J:.III!
J
0 '"
0 0
0 0 -
I
''''J ." 1""1
- ~
,
" "c: II
"
",N
"''':'1 "'J""I
0" 0 . 0'
.. 0
ci - d
~
\
\.
"tJ
C
«I
- ~ E
I:.J::I:PlUI ; ~
e E
=e...
", :S2 too f'I .f ", ~.12: ", \..:~ ", 1:2
~ I. ",,,..1 1 1,1"0111,111,,,,,,,..1..,,1 1,1111111,111 ,,,..1,,,,1...,1,1,1"",'hJ I I""I I,lrll,It',1
Figuur 38. Berekening van de corrosiesnelheid uit de potentiaal en stroommetingen.
\ ",
4J~
"a
0
0
c
..a.-
143

8.10 Controle van de conditie van de coating
Voor een goed inzicht in de conditie van ingegraven staalconstructies die voorzien zijn van een
coating en terwille van een optimale regeling van de toegepaste kathodische bescherming is het
van wezenlijk belang te weten wat de kwaliteit van de bekleding is [4].
Voor de visuele beoordeling van de conditie van de coating aan de binnenzijde van de tunnel
(inc1usief de inventaris ervan zoals leidingen, ventilatoren, drainage systeem, etc.) kan men
onder andere gebruik maken van de richtlijnen vermeld in de diverse delen van NEN-ISO 4628,
zie [19].
Controle van de coating op de verborgen buitenzijde van de ingegraven tunnel door middel van
visuele inspecties is in de praktijk meestal onuitvoerbaar. De laatste jaren is echter veel
onderzoek gedaan om inspectiemethoden te ontwikkelen voor de (indirecte) bepaling van de
conditie van de coating aan deze zijde van de tunnel [34]. De meest toegepaste methoden in de
praktijk zijn de "Pearson-techniek", de "DCVG-tecniek", de "Current Attenuation Surveys"
(CATS-techniek) en de "Coatingsweerstandmethode".
In het algemeen kan worden gesteld dat er geen inspectietechniek voor ondergrondse
constructies bestaat die al de benodigde informatie voor een integraal monitoringssysteem oplevert.
De beheerder van de tunnel of van de KB-installatie moet zeer voorzichtig de informatie,
verkregen tijdens de surveys, hanteren en op grond daarvan de meest geschikte techniek (of
combinatie van technieken) kiezen. De te volgen werkwijze kan worden uitgewerkt in een
meerjarenplan van aanpak, waarbij zowel met de optimalisatie van de kosten als met het integrale
borgingsplan van de tunnel rekening wordt gehouden.
Welke techniek in een bepaalde situatie moet worden toegepast is afhankelijk van de condities
ter plaatse. Zo leent zich de CATS-techniek goed in geval van een nieuwbouwproject terwijl de
Pearson-techniek een beter resultaat levert in geval van oude objecten waarvan de coating veel
beschadigingen vertoont.
8.10.1 De Pearson-techniek
Een bekende methode die vaak wordt toegepast om fouten in de bekleding op te sporen is de
Pearson-techniek, waarbij een wisselspanningssignaal tussen het beschermde object en aarde
wordt gezet. De stroom vloeit langs de stalen wand en door de beschadigingen in de coating
naar aarde. Ter plaatse van een defect ontstaat er een hoog potentiaalverschil tussen het object
en de grond. Dit potentiaalverschil kan worden gedetecteerd met behulp van grondcontacten die
op 6 tot 8 meter afstand van het object zijn geplaatst en een ontvanger. Dit laatste vertaalt het
potentiaalverschil in een verhoogd gehoorsignaal.
Deze techniek voldoet in de praktijk vrij goed maar heeft echter enige nadelen c.q. beperkingen,
zoals:
Er wordt geen informatie verkregen over de grootte van de defecten in de coating (interpretatie
van de informatie is zeer afhankelijk van de ervaring van de operator).
Er wordt geen informatie verkregen over het verloop van de corrosie of graad van bescherming
ter plaatse van de defecten.
Toepassing is moeilijk in geval van dicht bij elkaar lopende constructies of in zwerfstroomgebieden.
Veranderingen in de bodemweerstand kunnen tot valse aflezingen leiden.
144

Moei1ijk te hanteren in zones met een hoge bodemweerstand.
8.10.2 De DCVG-techniek
Een a1tematieve methode om de kwaliteit van de coating vast te stellen is de DC-Voltage Gradient
techniek (DCVG-techniek). Deze techniek is vergelijkbaar met de Pearson techniek maar
hier wordt een pu1serend ge1ijkspanningssignaa1 tussen het beschermde object en aarde gezet.
Het ontstane p1aatselijke potentiaa1verschi1 wordt dan vo1gens de reeds besproken werkwijze
voor de MEP-metingen vastgeste1d.
Voor de uitvoering van de metingen is slechts een operator nodig. Deze loopt parallel aan de
constructie en contro1eert de omvang en de richting van het potentiaa1verschil. Op het moment
dat een steile potentiaa1gradient wordt waargenomen wordt de locatie en de omvang van de
beschadiging vastge1egd.
Karakteristieken van deze techniek zijn:
Zeer goede p1aatsbepaling van de fouten in de coating (ook van de kleine fouten). Dit is zeer
be1angrijk voor de beperking van de kosten van de graafwerkzaamheden op zoek naar defecten
in de bekleding.
Vrijwe1 ongevoelig voor exteme bei'nv1oeding (zwerfstromen).
Geeft informatie over de re1atieve foutgrootte van een defect en over het a1 of niet beschermd
zijn van de 1eiding ter p1aatse van het coatingdefect.
Kan zeer goed worden gecombineerd met de "close interval potential surveys" (CIPS), zie
9.15.
Enke1e beperkingen van deze techniek zijn:
Een systeem voor opgedrukte stroom wordt vereist.
MEP-metingen moeten apart worden geregistreerd.
De metingen moeten worden uitgevoerd door goed opge1eid personeel.
Ge1et op de vee1be1ovende resu1taten verkregen tijdens een onderzoek in Enge1and in 1990 [5]
heeft de Gasunie de DCVG-techniek geeva1ueerd [6]. In totaa1 werden 7 secties van de RTLpijp1eidingsysteem
(RTL= Regiona1e Transport Leiding), in het westen van het land, met een
gezamen1ijke 1engte van 100 km bij het onderzoek betrokken.
Onderzocht werden onder andere de vo1gende parameters:
1. Inv10ed van het type coating (asfalt-bitumen en gesinterd po1yethy1een).
2. Inv10ed van de ouderdom van het pijpmateriaa1 (enke1e pijpde1en waren 30 jaar oud).
3. Inv10ed van interferentie door DC-tractie.
4. Inv10ed van de omgeving (p1atte1and,stedelijk gebied en comp1exe area1en).
De verkregen resultaten werden in zes volumes gepresenteerd [7] en vormden de basis voor een
nieuwe onderhoudsfilosofie bij de Gasunie [20]. De voomaamste conclusies uit dit onderzoek
[8] waren:
Opsporen van fouten in de coating met de DCVG-techniek is zeer goed moge1ijk (ook van
zeer kleine defecten).
De asfalt-bitumen coating vertoonde 20 keer meer defecten dan de po1yethy1een coating.
P1aatsbepaling in bijna alle onderzochte gevallen exact (nauwkeurigheid 1: 10 cm).
De DCVG-techniek is goed toepasbaar:
1. in stede1ijk gebied
2. bij bei'nv1oeding door kabe1s of andere 1eidingen
145

3. bij meerdere parallelle leidingen
4. bij zwerfstroombeYnvloeding
5. bij hoogspanningsbeYnvloeding
Bij dit onderzoek werd echter geconstateerd dat, voor het rangschikken naar grootte van defecten,
het verzamelen van meer data noodzakelijk was en eveneens dat voor het correct kunnen
aangeven of een defect al of niet anodisch of kathodisch gedrag vertoonde meer onderzoek nodig
was.
Bij de DC Voltage-gradient surveys speelt de diepte van de constructie en de relatieve invloed
van de opgedrukte stroom-units een belangrijke rol. Vrij recent zijn er formules ontwikkeld om
de invloed van deze factoren te compenseren [14].
8.10.3 De Current Attenuation Surveys-methode(CATS-methode)
Bij dezetechniek wordt, zoals ook bij de Pearson-techniek,een wisselspanning tussen de stalen
wand en aarde gelegd. Door de sterkte van het elektromagnetische veld rondom de stalen buis te
meten is het mogelijk om de hoeveelheid stroom, aanwezig in de constructie, te bepalen. In
tegenstelling tot de Pearson-survey, wordt bij deze techniek niet langs de gehele constructie
gemeten maar slechts van meetpunt tot meetpunt.
Uit de hoeveelheid stroom die aan het begin van een pijpinterval binnenkomt en de hoeveelheid
stroom die de pijpinterval verlaat kan het stroomverlies ten gevolge van de stroomlekkages naar
aarde via de beschadigingen in de coating worden berekend.
De tunnelsecties die een abnormaal hoog stroomverlies vertonen kunnen later, verdeeld in nog
kleinere intervallen, verder worden onderzocht om de locatie van de zwakke plekken in de
coating te lokaliseren (zie 9.15).
De CATS-methode is vooral geschikt voor nieuwe constructies, voorzien van een coating van
zeer goede kwaliteit. In geval van nieuwe constructies die voorzien zijn van een dunne coatingslaag
of van bestaande beschadigde constructies, is de Pearson-techniek te prefereren.
Voomaamste beperkingen van deze techniek zijn:
Moeilijk te hanteren in geval van coatings van slechte kwaliteit.
Geeft geen nauwkeurige informatie over de ligging en de emst van de defecten in de coating.
Geeft geen informatie over de beschermingsgraad van de KB.
Moeilijk te gebruiken wanneer meerdere constructies naast elkaar lopen of in gebieden waar
zwerfstromen heersen.
8.10.4 De coatingsweerstand-methode(of MEP-methode)
In de praktijk blijkt het ook mogelijk om fouten in de coating van ondergrondse staalconstructies
door middel van een techniek, gebaseerd op de meting van de coatingsweerstand, te lokaliserenoDeze
methode, die in de praktijk minder frequent wordt gebruikt dan de andere genoemde
technieken, wordt in [10] uitvoerig besproken.
Onder "coatingsweerstand" wordt verstaan de weerstand die de coating biedt aan het vloeien
van een directe stroom van de gecoate stalen wand naar de aarde en vice versa. De weerstand
van een coatingssysteem is een functie van het aantal (en de afmetingen) van de beschadigingen
in de coating en tevens van de bodemweerstand.
146

In een grondsoort met een bepaalde bodemweerstand is de conditie van de coating beter
naarmate de coatingsweerstand hoger is.
Voor de bepaling van de coatingsweerstand (Cw)ter plaatse van het oppervlak (A) van de stalen
wand (of een dee1 daarvan) wordt eerst een kathodische stroom (1) aangebracht terwijl, tegelijkertijd,
de MEP (E) van de wand ten opzichte van aarde wordt gemeten.
Op het moment dat de stroom wordt uitgeschakeld treedt een plotse1inge verandering (M!) in de
gemeten potentiaal op. De coatingsweerstand kan dan worden berekend met behulp van de
formule:
Cw = A . M / I (ohm.m2) (14)
De waarden van de coatingsweerstand worden gebruikt om de integriteit van de coating, zowel
aan het eind van de bouw (en aanleg in de grond) van de stalen buizen als tijdens de periodieke
onderhoudssurveys in de gebruiksfase, vast te stellen.
Een abnormale lage waarde kan de aanwezigheid van grote defecten in de coating of onvolledige
galvanische isolatie tegen vreemde naburige stalen objecten betekenen.
8.11 Geautomatiseerde beheersystemen
Enkele redenen die voor het automatiseren van een KB-systeem pleiten kunnen zijn [37]:
De ontwikkelingen in de computertechnologie en de draadloze communicatie hebben een
drastische daling van de equipementkosten met zich meegebracht.
De personeelskosten kunnen aanzienlijk worden gereduceerd (aflezing van potentiaalstanden
etc. en controle van de gelijkrichters ter plaatse is niet meer nodig).
In het kader van het toekomstige vereiste "riskmanagement" van ondergrondse (tunnel)constructies
zullen meer en nauwkeurigere metingen nodig zijn.
Een wezenlijk onderdeel van het managementsysteem van kathodische bescherming (bij
projecten van zekere importantie) zijn de te volgen onderhoudsfilosofie en richtlijnen. In de
richtlijnen moeten de taken, bevoegdheden en verantwoordelijkheden, de aanpak, inventarisatie
en planning van het onderhoud, de beschermingscriteria, de monitorings- en controleprocedures,
de rapportageprocedure, de te volgen procedure voor de selectie van de contractors en training
van het personeel en het ontwerp van het KB-systeem precies zijn omschreven. Al deze aspecten
worden behandeld in [38].
In het algemeen omvat een (basis) geautomatiseerd monitoringssysteem de volgende
handelingen c.q. onderdelen [13]:
Uitvoering van MEP- en beschermstroommetingen.
Vaststelling van de corrosiesnelheid aan de hand van wanddikte- en putdieptemetingen
en/of van het gewichtsverlies van proefpanelen.
Voorspelling van de corrosietrends door middel van sensoren op basis van de elektrischeweerstand
en corrosiecoupons.
Coordinatie, ijking en besturing van de metingen, alsmede registratie van de meetgegevens
met behulp van een geautomatiseerd datacollectorsysteem.
In de literatuur worden talrijke meldingen gemaakt over de implementatie, werking en continue
monitoring van geautomatiseerde KB-systemen in de praktijk. Daaruit blijkt dat het, dankzij de
147

huidige stand van de techniek, zeer goed mogelijk is om aIle meetgegevens van een KBsysteem,
continu via een communicatiesysteem naar een centraal registratiepunt (computer) te
sturen. Hierdoor kunnen de beschermingscriteria en/of de werking van de gelijkrichters
nauwkeurig worden bijgestuurd. Fysieke aanwezigheid op de betreffende meetlocatie is
daarmee overbodig geworden.
Naast de literatuur [9] en [15] kunnen als voorbeeld de volgende ontwikkelingen worden
genoemd:
In een aantal landen voeren eigenaren van grote pijpleidingenparken, zoals Corexco in Canada
en Total Petroleum in Denver (USA), experimenten uit met volledig geautomatiseerde beheersystemen.
De vooruitzichten zijn tot nu toe zeer hoopgevend [3].
In [16] wordt een interessant, intelligent en zeer eenvoudig computer monitorings- en
besturingssysteem voor ondergrondse staalconstructies besproken. Het is speciaal ontwikkeld
voor die situaties waar door de aanwezigheid van DC tractie van treinen en trams, zwerf- en
interferentiestromen aanwezig zijn.
In [21] wordt melding gemaakt van een volledig geautomatiseerd systeem, ontwikkeld in
Engeland in het kader van het project "CRINE". Dit systeem gebruikt de stalen wand van de
buis of tunnel als transmissiemiddel voor de elektromagnetische signal en, werkt probleemloos
in aanwezigheid van kathodische bescherming en is zeer geschikt voor moeilijk bereikbare en/of
ver gelegen plaatsen. Door BP is hiermee veel ervaring opgedaan in diverse
pijpleidingssystemen.
De Amerikaanse Army's Construction Engineering Research Laboratories heeft een volledig
computergestuurd corrosiemonitoringssysteem ontwikkeld (GPIPER genaamd) ten behoeve van
het preventieve onderhoud van ondergrondse gasleidingen [22]. Het systeem is reeds in diverse
gasleidingprojecten in Amerika met succes toegepast. Het systeem en de bijbehorende informatie
en handleidingen [23-24] zijn op aanvraag verkrijgbaar.
De Amerikaanse firma Radiodetection heeft een PCM-transmitter ontwikkeld (PCM= Pipeline
Current Mapper) die in het geautomatiseerde KB-beheersysteem kan worden opgenomen en die
op radiosignalen met een zeer lage frequentie reageert. Hiermee kan de beschermtoestand van
de constructie, langs het gehele traject, continu worden geregistreerd [36].
In [39] wordt een computergestuurd KB-systeem beschreven, van toepassing in zowel systemen
met opofferingsanoden als met opgedrukte stroom
8.12 Literatuur
1. TNO-rapport 96-CON-R519/5: "Stalen en composiet staalbeton tunne1constructies. Inventarisatie
en kennisleemten", 1 juni 1996.
2. G. Woudstra: "Doelmatige uitwendige kathodische bescherming van ondergrondse stalen
buisleidingen", N. V. Nederlandse Gasunie, Groningem.
3. NPR 6912 "Kathodische Bescherming On-Shore Buisleidingen en Constructies van
Metaal", 1995.
148

4. J.M. Leeds, APRT, Bolton, Lancashire: "CP Equipment Should Be Surveyed Along with
Pipeline Coating", Pipeline Industry, december 1994.
5. J.M. Leeds, J. Grapiglia: "The DC Voltage Gradient Method for Accurate Delineation of
Coating on Buried Pipelines", UK Corrosion, oktober 1990.
6. R. Bilbe: "Evaluation of Gasunie Approach for Monitoring the Performance of Cathodic
Protection on Buried Pipelines", Gasunie, 11 september 1992.
7. J.M. Leeds (PIM), Gasunie proj. nr. 742841, 10 november 1993. Volume 1: "DC
Voltage Gradient Observations and Analysis of Results". Volume 2: "Detailed DC
Voltage Gradient Observations". Volume 3: "Excavations and Analysis of DC Voltage
Gradient Coating Defect Locations". Volume 4: "Interpretations of Defect Size/
Importance Using IR Assessment". Volume 5: "Pipeline Coating Repair after
Exploratory Excavations". Volume 6: "The Survey Data Base".
8. D. Koster: "Report of the Excavations of the 100 km Pipeline Coating Survey", TR/T
94.R.2603, 18 november 1994.
9. V.van Blaricum, A. Kumar: "Computerized Monitoring of Cathodic Protection Systems
for Underground Structures", Materials Performance, vol. 31, nr. 9, biz. 34-39, september
1992.
10. Schwenk: "Measures for Corrosion Protection of buried pipelines and their control",
Werkstoffe und Korrosion, vol. 39, nr. 9 bIz. 406-412, september 1988
11. L. I. Freiman: "Approximate design of potential sensors for monitoring the electrochemical
protection of underground steel pipelines", Protection of Metals (Rusland) 29, (1),
bIz. 22-27, januari-februari 1993.
12. Pourbaix, J. Kissel, L. van Hemelrijk: "A system for an Improved Surveillance of Cathodic
Protection: Measurement of the "True" Potential and Assessment of Corrosion
Due to Interaction", Workpaper van het symposium: Progress in the understanding and
prevention of corrosion, vol. 2, Barcelona, Spain, juli 1993.
13. R.C.Robinson: "Computerized Corrosion Monitoring for Metallic Pipeline Structures",
Materials Performance, vol. 32 (2), bIz. 30-34, februari 1993.
14. I. Solomon, G. Cope: "The Application of DC Voltage Gradient Surveys for the Maintanance
of Buried Pipelines", Proceedings of Conference 28: Corrosion - a Tax Forever'
vol. 2, Western Australia, 1998.
15. T.Novotay, P. Rada, M. Janechek: "System Korodat for Corrosion Monitoring of
underground Structures", Koroze Ochr. Mater., vol. 37(3), bIz. 42-47,1993
16. J. Csendes: "Micro-Computer Controlled Corrosion Monitoring System for the Testing
of Active Corrosion Protection", Publicatie van: Scientific Society of Mechanical Engineers,
H-1372, Budapest, Hungary, 1988
17. Sudo, S. Haruyama: "Electrochemical Impedance of a buried Large Structure", uit de
publicatie: ASTM STP 1188: "Electrochemical Impedance: Analysis and Interpretation",
San Diego, California USA, 4, 5 november 1991
18. R. Alexander: "The Alexander Cel", Pipes Pipelines Int. Vol. 40(1) biz. 14-18, januari/februari
1995
19. NEN-ISO 4628: "Verven en vernissen- Beoordeling van de kwaliteitsafname van verflagen-Aanduiding
van de intensiteit, hoeveelheid en omvang van algemeen voorkomende
gebreken". Deel 1: "Algemene uitgangspunten en beoordelingsschema's". Deel 2:
"Aanduiding van de mate van blaarvorming". Deel 3: "Aanduiding van de mate van
149

oestvorming". Deel 4: "Aanduiding van de mate van barstvorming". Deel 5:
"Aanduiding van de mate van atbladderen".
20. A. Pijnacker Hordijk, B. van der Velde: "New Maintenance Philosophy Based on a 100
km Pipeline Coating Survey", N.V. Nederlandse Gasunie, The Netherlads.
21. N. Dickie: "Corrosion Monitoring in remote or Hostile Locations", Anticorrosion Mehods
and Materials, vol. 44, nr.1, blaz. 41-43.
22. Materials Performance, CP News: "Computer program prioritizes pipe maintenance sites",
april1998, biz. 24-25.
23. Technical Report (TR) FM-92/04: "Micro GPIPER Implementation Guide" en
"Automatic Data Processing Report M-91/11, MicroGPIPER User's Manual.
24. Technical Report (TR) F-93/07: "Corrosion Assestment of an Army Installation Gas
Distribution System Using MicroGPIPER".
25. Royal Dutch Shell Group: "Manual Kathodic Protection. Design and Engineering Practice"
.
26. T. Barlo: "Field Testing the Criteria for Cathodic Protection of Buried pipelines", American
Gas Association, Pipeline Research Committee Report PR-208-163.
27. NACE International Standard RP0169-83, "Control of External Corrosion on Underground
or Submerged Metallic Piping Systems" .
28. "The State-of-the-Art of Using Buried Coupons in Cathodic Protection", Gerg PC-2
Transport and Storage Cathodic Protection Joint Research Team, 1991.
29. D. Stears, R. Degerstedt, O. Moghissi, L. Bone: "Field Program on the Use of Coupons
to Monitor Cathodic Protection of An Underground Pipeline", Corrosion/97, paper no.
564 (NACE 1997), biz. 7.
30. J. Didas: "Practical Applications and Limitations of Buried Coupons Utilized for IR
Drop Measurements" .
31. O. Moghissi, P. Lara, L. Bone, D. stears, R. Degerstedt: "Laboratory Study on the Use
of Coupons to Monitor Cathodic Protection of An Underground Pipeline", Corrosion/97,
paper no. 563 (NACE, 1997), biz. 12.
32. D. Stears, O. Moghissi, L. Bone: "Use of Coupons to Monitor Cathodic Protection of an
Underground Pipeline", Materials Performance, vol. 37, no. 2, februari 1998.
33. S.1. Pawel, R.J Lopez, E. Ondak: "Chemical and Enviromental Influences on Copper/Copper
Sulfate Reference Electrode Half Cell potential", Materials Performance,
vol. 37, no. 5, mei 1998.
34. D.W. Harvey: "Maintaining Integrity on Buried Pipelines", Materials Performance, vol.
33, no. 8, augustus 1994.
35. R.L. Pawson: "Close Interval Potential Surveys- Planning, Execution and Results",
Materials Performance, vol. 37, no. 2, februari 1998.
36. "Radiodetection CP analysis system wins gas award", British Corrosion Journal, vol. 32,
noA, 1997.
37. J.T. Kabay: "Proper procedures tame corrosion at M&R stations", Pipe Line & Gas Industry,
juni 1998, biz. 45-46.
38. G. Van der Schot: "Ten Commandments for cathodic Protection Management", Pipeline
Technology, vol. II, 1995, Elsevier Science B.V.
39. V. Van Blaricum, A. Kumar: "Computerized Monitoring of Cathodic Protection Systems
for Underground Strutures", Materials Performance, september 1992, blz.34-39.
150

9. ONDERHOUDSMANAGEMENT
Bij het onderhoud en beheer van een stalen of composiet staalbeton tunne1constructie zijn de
volgende aspecten te onderscheiden:
1 Het onderhoud en beheer van de betonnen lening en overige betononderdelen.
2 De verkeersgerelateerde zaken (wegdek, spoorrails, vangrails, elektronisch
bewakingssysteem, verlichting, signaleringssysteem, etc.).
3 De veiligheidsgerelateerde zaken (deformatie van de tunnel wand, brandbelasting,
brandwerende voorzieningen, waterlekkages, rookverspreiding, ventilatie, draagkracht van
de constructie, etc.).
4 Het onderhoud en beheer van de, in de tunnel aanwezige, inventarisonderdelen (spoorrails,
vangrails, verlichting, signaleringssysteem, drainagesysteem, ventilatiesysteem,
brandblussysteem, etc.).
5 De corrosiegerelateerde zaken (coatings, corrosie, KB-installatie, etc.) aan zowel de binnenals
buitenzijde van de tunnel.
In dit hoofdstuk worden alleen die aspecten van het onderhoud behandeld die binnen het kader
van de corrosiegerelateerde zaken vallen.
De reden hiervoor is dat het onderhoud aan beton buiten het onderwerp van deze studie valt
terwijl de levensduur van het wegdek (asfalt, beton) voomamelijk door de
vrachtverkeerintensiteit en de aslasten (zwaar vrachtverkeer) wordt bepaald. Omdat het
functieverlies van het wegdek het onderhoud van de tunnel in belangrijke mate kan be'invloeden
wordt dit aspect toch in paragraaf9.8, zeer in het kort, behandeld.
Ook het functieverlies (en dus het onderhoud) van de inventarisonderdelen wordt vaak door
andere factoren dan door corrosie be'invloed. Zo zal bijvoorbeeld de frequentie waarmee de
spoorrails in een spoorwegtunnel moeten worden vervangen sterk worden bepaald door de
intensiteit van het railverkeer en niet door corrosie.
Het corrosiegedrag van de inventarisonderdelen alsmede het onderhoud van de
verkeersgerelateerde zaken zijn bovendien niet specifiek voor stalen en composiet staalbeton
tunnelconstructies.
Ook de veiligheidsgerelateerde aspecten die in onderdeel 3 worden genoemd en die specifiek
voor stalen tunnels zijn, zoals bijvoorbeeld de meting van de vervorming van de tunnelwand en
de brandbelasting, worden buiten het bestek van dit hoofdstuk gelaten.
Dit ondanks het feit dat de wandvervormingen zowel het vermoeiings- als het corrosiegedrag
(spanningscorrosie) van de stalen wand sterk kunnen be'invloeden. In geval van brand kan de
samenstelling van de grond rondom de buitenzijde van de tunnelwand veranderen en tevens de
coating beschadigd worden, met de consequenties van dien voor de corrosie.
Verder worden de technieken, apparatuur en werkwijzen voor de uitvoering van de
controlerende activiteiten ten behoeve van het onderhoud en beheer van de tunnel buiten het
bestek van dit hoofdstuk gehouden. Deze zijn reeds in hoofdstuk 8 uitvoerig aan de orde
geweest.
151

9.1 Defmitie van beheer en onderhoud
Uit de geraadpleegde literatuur blijkt dat er geen eenduidige definitie be staat voor het begrip
"beheer" van constructies of objecten. Tennen als "beheer", "onderhoud" en "inspectie" worden
vaak naast elkaar of in plaats van elkaar gebruikt.
Ook worden veelal "onderhoud" en "corrosiebeschenning" als synoniemen gezien. Dit is echter
niet altijd juist. Onderhoud omvat ook het vaststellen en herstellen van schaden ontstaan door
aanvaringen, aanrijdingen, vandalisme, vennoeiing, etc. en ook het vervangen van onderdelen
met een beperkte levensduur.
In dit hoofdstuk worden onderhoud, controle, monitoring en inspectie in het algemeen als een
onderdeel van beheer beschouwd.
Hier wordt het beheer van tunnels gedefinieerd als de combinatie van kennis, management en
financiele middelen, toegepast op tunnels en de bijbehorende inventaris met als voomaamste
doelen (of functionele eisen):
Minimalisering van het onderhoud (economisch optimum tussen stichtings- en
geprognotiseerde onderhoudskosten);
Het aantal onderhoudsbeurten gedurende de gehele levensduur van de tunnel zo laag
mogelijk te houden;
De uitvoering van de onderhoudswerkzaamheden zo snel en glad mogelijk te laten verlopen
(minimale hinder of stremming voor het verkeer) en
Minimalisering van de totale uitgaven ten behoeve van het onderhoud aan de tunnel.
Onder "onderhoud aan tunnels" wordt hier verstaan: "het totale pakket aan activiteiten dat wordt
uitgevoerd (c.q. de technische maatregelen die worden genomen) om de functievervulling van
de tunnel, met inbegrip van de inventaris, gedurende de gestelde economische of technische
levensduur, mogelijk te maken".
Onder "onderhoudskosten" wordt hier bedoeld: "de uitbestede kosten voor de tunnelbeheerder,
die direct voortkomen uit het uitvoeren van het onderhoud, met uitzondering van de kosten van
de verkeersmaatregelen ten behoeve van het asfaltonderhoud".
9.2 Levensduur en duurzaamheid
Centraal in elk onderhoudsmodel staan de begrippen "levensduur" en "duurzaamheid". Deze
begrippen zijn nergens goed omschreven en worden in de praktijk derhalve naar believen
gebruikt.
In het algemeen worden de constructies bestemd voor het verkeer en de spoorwegen voor een
lange peri ode gebouwd. Alhoewel niet duidelijk uitgesproken rekent men in de regel op zeker
50 tot 100 jaar. Met name de Nederlandse Spoorwegen heeft een officieel beleid, dat gericht is
op een "technologische en economische levensduur" van minimaal 100 jaar en een
afschrijvingsduur van op voorhand 80 jaar.
De voomaamste criteria voor de bepaling van de levensduur zijn:
- De afweging, in hoeverre de constructie onder de optredende belasting een maatschappelijk
aanvaardbare kans op bezwijken heeft.
- De afweging tussen kosten voor het in standhouden van de constructie en de kosten voor
vervangmg.
152

- De afweging of de constructie nog voldoet aan de thans te stellen functionele eisen.
Bovenstaande afwegingen geven voor een constructie, de volgende onderscheiding in
levensduur aan:
- De "technologische levensduur" (ook wel "constructieve levensduur" of
"ontwerplevensduur" genoemd): het aantal jaren totdat een constructie, wat betreft de
functionele eisen, achterhaald is (b.v. de gestelde eisen met betrekking tot productiviteit,
productkwaliteit, ARBO- en milieu worden niet meer gehaald).
De teruggang in de conditie van de constructie of de toegenomen gebruiksintensiteit kan ook
aanleiding geven tot een herberekening van de veiligheid. Is de gebruikelijke marge tussen
optredende en opneembare belasting niet voldoende, dan zal men in principe de constructie
voor het beoogde doel atkeuren. Het einde van de levensduur wordt in dit geval bepaald door
een te geringe sterkte en/of door een te grote belasting.
- De "economische levensduur", zijnde het aantal jaren totdat het rendement van een
constructie (prijs/prestatie en exploitatie kosten) nog gunstig ligt, wordt in het algemeen
bepaald door de gekapitaliseerde kosten voor het (al of niet achterstallig) onderhoud af te
wegen tegen die voor algehele vervanging.
- De "esthetische offunctionele levensduur", ofhet aantal jaren totdat de aan een constructie
gestelde, representativiteitseisen (kleur, vorm, huisstijl, functie, etc.) niet meer worden
gehaald. Dit is vooral van belang voor architecten en eigenaren.
- De "technische levensduur", of het aantal jaren totdat een constructie (opnieuw) in
onderhoud moet worden genomen (preventief onderhoud) of vervangen dient te worden
voordat de veiligheidsmarge wordt overschreden (curatief onderhoud).
Soms moet een constructie, die in een goede conditie verkeert en overigens aanvaardbare
onderhoudskosten heeft, desalniettemin vervangen of aangepast worden ten gevolge van
verzwaring van de gebruikseisen of toegenomen technische mogelijkheden (b.v. het
toevoegen van extra rijstroken, het verhogen van de belastingklasse, etc).
- De "restlevensduur ", zijnde het gevraagde, gegarandeerde, verwachte of gewenste minimale
aantal jaren dat de constructie nog (vanaf het moment van de beoordeling) in bedrijf moet
blijven voordat er sprake van vervanging mag zijn.
In het kader van het voorgaande wordt de technische levensduur van het verfsysteem vaak
gedefinieerd als het aantal jaren dat voorbij zal gaan voordat het geverfde staaloppervlak een
bepaalde roestgraad (grensconditie) heeft bereikt en derhalve bijgewerkt of volledig
overgeschilderd moet worden.
Voor het tunnelonderhoud zijn vooral de ontwerplevensduur, de technische levensduur en de
restlevensduur van belang. Combinatie van de gewenste levensduur van de tunnel met de
verwachte technische levensduur van de toegepaste coating en/of met de verwachte levensduur
van de onbeschermde stalen wand resulteert in het onderhoudsschema van de tunnel.
Doel van het onderhoudsschema (incl. inspectie en controle) is de tunnel gedurende de
ontwerplevensduur met een zekere betrouwbaarheid te laten functioneren.
De restlevensduur van de stalen wand of van de afzonderlijke onderdelen van de inventaris is
uiteraard afhankelijk van de omstandigheden ter plaatse en kan worden berekend op grond van
de constructiedetails en van de agressiviteit (agressiviteitsparameters) van de omgeving waaraan
deze onderdelen worden blootgesteld.
153

In hoofdstuk 3 worden enkele methoden besproken voor het berekenen van de agressiviteit van
een grondsoort, uitgaande van zijn samenstelling en de condities in de bodem.
Momenteel wordt er aan een aantal normen gewerkt waarmee het mogelijk is om de
corrosiesnelheid van staal in een bepaalde situatie in de bodem of onder water zeer globaal af te
lezen. Vooral EN 12501 [8], prENV 1993-5 ("Eurocode 3") [9] en NEN-ISO 12944 [1-2]
kunnen hier van groot belang zijn.
9.3 Onderboudsarm en -vriendelijk ontwerpen
Terecht kan worden geste1d dat de beheersing van het onderhoud reeds op de tekentafel begint
en dat goed onderhoud alleen mogelijk is als de ontwerper bij zijn ontwerp hiermee rekening
heeft gehouden.
Het onderhoudsarm en -vriendelijk ontwerpen. van een tunnel heeft betrekking op twee zaken,
name1ijk:
A. Minimale onderhoudskosten.
Daar onderhoud aan een tunnelleidt tot hinder (of stremming) voor het verkeer, dient het
benodigde onderhoud te worden geminimaliseerd. Het ontwerp dient dus zodanig te zijn dat
tijdens de gehele ontwerplevensduur het aantal onderhoudsbeurten (onder voorwaarde dat
aan de gestelde betrouwbaarheidseisen wordt voldaan) zo klein mogelijk is. Hierdoor blijven
essentiele zaken zoals verkeershinder en exploitatiekosten tot een minimum beperkt. Om
deze doelstelling te kunnen bereiken dient tijdens het ontwerp te worden gekozen voor
duurzame oplossingen Guiste dimensionering en vormgeving).
B. Snel onderhoud en reparatie.
In de regel is het volledig buiten gebruik stellen van een tunnel terwille van het onderhoud
nagenoeg onmogelijk. Het ontwerp dient zodanig te zijn dat, wanneer toch onderhoud (en/of
inspectie) moet plaatsvinden deze werkzaamheden op een snelle en zo eenvoudig mogelijke
wijze kunnen worden uitgevoerd. Dit betekent dat de onderdelen goed bereikbaar en
eenvoudig te vervangen dienen te zijn. Op deze wijze is de hinder voor het verkeer minimaal
en kunnen de kosten voor de uit te voeren werkzaamheden beperkt blijven.
Tijdens het ontwerp kunnen keuzes ten aanzien van de uitvoerings- en gebruiksfase het meest
eenvoudig worden gemaakt. In de ontwerpfase is ook de meeste kennis van de constructie
aanwezig omtrent de werking en de samenhang van onderdelen en de kritische e1ementen
daarin. am deze reden dient tijdens de ontwerpfase reeds een voorlopig onderhoudsplan (soort
onderhoud en onderhoudsschema) te worden opgesteld.
Vaak ontbreekt het de ontwerper het vereiste inzicht in het praktische gedrag van de onderde1en
en de invloed hiervan op het onderhoud. De beheerder of eigenaar van de staalconstructie kan
dit inzicht verschaffen door het gestructureerd analyseren van storingen en het meten van het
effect van de onderhoudsmaatregelen. De keuze welke onderdelen hiervoor in aanmerking
komen wordt bepaald door de betrouwbaarheid van de constructie en zijn onderde1en centraal te
stellen.
154

Ook de duurzaamheidaspecten dienen een essentieel onderdeel te zijn van het ontwerp van
staalconstructies. Naast reeds genoemde aspecten ten behoeve van het onderhoud moet men
rekening houden met het feit dat:
Met het ontwerpen en uitvoeren overeenkomstig de vigerende voorschriften, in zekere mate
een lange technologische en economische levensduur van vele tientallen jaren kan worden
gegarandeerd. Bij toepassing van periodiek (preventief) onderhoud is 100 jaar zeker geen
onmogelijkheid.
Een goede basis voor een duurzame staalconstructie wordt gelegd indien het van meet af
aan vakkundig en met duurzame (dus niet altijd de goedkoopste) materialen (coatings e.d.)
wordt gerealiseerd.
Voor een goed inzicht in de levensduurkosten en een betrouwbaar ontwerp moet en de
ontwerper en de beheerder/eigenaar beschikken over de volgende gegevens:
de levensduurkosten (stichting, onderhoud en restwaarde);
de betrouwbaarheid (faalkans, onderhoudsfrequentie, levensduur);
de niet-beschikbaarheid (storingen, stilstanden t.b.v. onderhoud en vervanging).
9.4 Soort onderhoud
Karakteristiek voor tunnels is dat deze, ten behoeve van onderhoudswerkzaamheden, meestal
niet volledig buiten gebruik kunnen worden gesteld en dat derhalve de duur van deze
werkzaamheden zo kort mogelijk moet worden gehouden.
Dit betekent dat in geval van tunnels slechts twee soorten onderhoud voor toepassing in
aanmerking komen, namelijk:
1. Het storingsafhankelijke onderhoud (soms ook aangeduid als correctief onderhoud) en
2. Het predictief onderhoud (soms ook aangeduid als toestandsafhankelijk onderhoud).
Toepassing van storingsafhankelijk onderhoud zal vooral plaatsvinden in geval van onvoorziene
schaden (calamiteiten, vandalisme, zeer snelle en plaatselijke corrosie van de stalen tunnelwand,
ontwerpfouten, fouten bij uitvoering van het onderhoud, etc.).
Toepassing van het predictieve of toestandsafhankelijke onderhoud betekent dat de tunnel, tot
aan het einde van de gestelde levensduur, systematisch in onderhoud wordt genomen op het
moment dat de vastgestelde acceptatiegrens is bereikt. Hierdoor wordt voorkomen dat
onderhoud te vroeg ("overkill") of te laat wordt gepleegd, hetgeen grote extra kosten met zich
mee kan brengen.
Dit betekent tevens dat de tunnel, in principe, slechts op van tevoren vastgestelde tijdstippen
(gedeeltelijk) buiten bedrijf wordt gesteld en dat een vast pakket van activiteiten wordt
uitgevoerd zodat de tunnel met bijbehorende onderdelen opnieuw aan de oorspronkelijke
functie-eisen voldoet.
De tijdstippen waarop onderhoud moet worden gepleegd (meestal met intervallen van 10 it 30
jaar) dienen bij voorkeur te worden vastgesteld met behulp van een geschikt onderhoudssimulatiemodel
dat speciaal voor de desbetreffende tunnel is ontworpen.
Toepassing van een ander type onderhoud, zonder enige vorm van systematiek, lijkt voor
tunnels (en vooral voor tunnels met een grote verkeersintensiteit) minder geschikt.
155

Het toe te passen type onderhoud kan door een aantal aspecten aanzienlijk worden belnvloed,
zoals:
1. De uitvoeringsvorm van de tunnel (ondiepe sleuftunnel, afzinktunnel ofboortunnel).
2. De be stemming ofhet gebruiksdoel van de tunnel (railverkeerstunnel, personenauto's- en/of
vrachtverkeerstunnel, viaduct, leidingen-, fiets- en/of voetgangerstunnel, etc.).
3. De toegepaste material en (staal tunnel, betontunnel, composiet staalbeton tunnel).
4. De agressiviteit van de bodem in de omgeving van de tunnel (aanwezigheid van
zwerfstromen, aanwezigheid van zout, brak- of zoetwater, drassige, zand- of kleigrond,
bacteriele activiteit, etc.)
5. De omvang en lengte van de tunnel.
6. De omvang en samenstelling van de inventaris.
Elk van deze aspecten levert een zekere bijdrage aan onder andere de belastingskarakteristieken
van de tunnel. In het kader van het modeme onderhoudsmanagement betekent dit dat, bij elk
type tunnel, een specifiek plan van aanpak (onderhoudsbeleid) dient te worden gevolgd.
Zo zou men in geval van een lange tunnel, als gevolg van de hoogte van de reguliere
onderhoudskosten, kunnen beslissen om een serie corrosiemeters, gekoppeld aan een
automatisch geregelde KB-installatie, in de tunnel te plaatsen. Dit vergt een behoorlijke
investering maar de frequentie van de onderhoudsbeurten kan ermee worden gereduceerd. Bij
een korte tunnel met minder inhomogeniteiten in de bodemstructuur langs het tunneltraject kan
wellicht een andere aanpak worden gevolgd.
Met name in geval van verkeerstunnels spelen de afmetingen van de tunnel een belangrijke rol
met betrekking tot het onderhoud en beheer vanwege de aanwezigheid van het wegdek.
Overigens worden in het wegdek voorzieningen aangebracht voor het afvoeren van het
eventueel binnengedrongen water. Deze voorzieningen vragen ook om onderhoud.
Gelet op het relatief grote aandeel van het wegoppervlak in het totaal te onderhouden oppervlak
van een verkeerstunnel, zal het type wegdek ook van grote invloed kunnen zijn op de
onderhoudskosten en dus op het te volgen onderhoudsbeleid.
Het gebruiksdoel van de tunnel kan van invloed zijn op de omvang en samenstelling van de
inventaris, waardoor ook verschillen in de aanpak (het beleid) van het onderhoud en beheer van
de tunnel kunnen ontstaan. De tunnelinventaris kan onder meer de volgende onderdelen
omvatten:
vangrails;
voet- en/of fietspaden;
ventilatiesysteem;
drainagesysteem;
perrons ten behoeve van passagiers;
elektrische en/of elektronische componenten (verlichting, beeldschermen, monitorings- en
bewakingssysteem, kathodische beschermingsinstallatie, etc.).
Waarschijnlijk zijn de onderhoudskosten ten behoeve van de inventaris niet erg groot in
vergelijking tot de totale te besteden onderhoudsgelden voor de tunnel. Gegevens hieromtrent
ontbreken helaas in de literatuur. Wellicht is het mogelijk om uit de gegevens van
Rijkswaterstaat (RISK-beheerssysteem) en/of van de Nederlandse Spoorwegen bij benadering
conclusies te trekken, met betrekking tot de hoogte van de onderhoudskosten van de inventaris
van een bepaald type tunnel.
156

9.5 Onderhoudsbeheersystemen
Ondanks de uitgebreide omvang van het verrichte literatuuronderzoek is nergens een melding
aangetroffen van beheersystemen of onderhoudsmodellen specifiek voor tunnels.
Dit in tegenstelling tot het wegbeheer waar reeds diverse beheersystemen operationeel zijn en
naar behoren functioneren. Een voorbeeld in Nederland is het beheersysteem IVON van
Rijkswaterstaat.
Ook bekend is het beheersysteem MOBIS dat door Rijkswaterstaat is ingezet voor het beheer
van de installaties bij de tunnel onder de Noord. Voor deze tunnel is een "handboek beheer en
onderhoud" opgesteld dat helaas tot op heden nog nooit aan de openbaarheid is prijs gegeven.
Voor het beheer van de totale Rail-infrastructuur is, in opdracht van de NS, een Management
Informatie Systeem ontwikkeld. Dit systeem moet op basis van daarin opgeslagen gegevens,
met als input de onderhoudstoestand, de inspectie uitslagen en de onderhoudsstrategie,
ondersteuning gaan bieden bij de opzet en planning van het onderhoud. Het onderhoud aan
(staalbeton) tunnels is, naar de mening van de NS niet zodanig specifiek dat het specifieke eisen
zou stellen aan een dergelijk systeem.
In het algemeen be staat zo'n beheersysteem onder andere uit de volgende onderdelen:
Een verzameling van tekeningen, normen, richtlijnen en bestekken die bij de desbetreffende
constructie horen;
Het programma van eisen (de onderhoudscriteria);
Een of meerdere databanken waarin aIle relevante gegevens van de te onderhouden
hoofdconstructie zijn opgenomen, alsmede de onderdelen die de inventaris vormen, zoals
gegevens over de aanwezige staalprofielen, de budgettaire uitgaven in de loop der jaren, de
inspectiegegevens, de data van de stilstanden, enz;
Simulatie- of rekenmodellen met behulp waarvan het mogelijk is om voor de diverse
constructiedelen het optimale onderhoudsbeleid vast te steIlen;
Een verzameling van goed gedefinieerde onderhoudsparameters (b.v.: hoever mag de
constructie zijn verroest alvorens men tot onderhoud overgaat? of wat is het maximaal
toegestane materiaalverlies door corrosie in de constructie?)
De inspectieschema's en
Geautomatiseerde (computer-)systemen waarmee de diverse informatiestromen kunnen
worden verwerkt c.q. beheerd.
9.6 Onderhoudsmodellen
De ontwikkeling en toepassing van onderhoudsmodellen welke noodzakelijk zijn voor de
toepassing van "predictief onderhoud" (of "preventief onderhoud"), verloopt meestal als voIgt:
1. De kritische onderdelen van de tunnel (gesplitst in civiel-technische onderdelen en
installaties) worden vastgesteld;
2. De desintegratie- of verouderingsparameters voor de diverse materialen (staal, coatings,
beton, asfalt) worden, per kritisch onderdeel afzonderlijk, bepaald;
3. Het simulatie- of rekenmodel wordt per kritisch onderdeel ontwikkeld;
4. De te volgen optimale onderhoudsstrategie voor de diverse kritische onderdelen wordt
vastgesteld;
5. De onderhouds- en inspectieschema's worden vastgesteld;
6. De nodige uitgaven voor de diverse activiteiten worden begroot.
157

Als illustratie kan hier worden genoemd het onderhoudsmodel dat door de Gasunie werd
opgesteld [9]. Een dergelijk onderhoudsmodel zou eventuee1 ook voor tunnels kunnen worden
toegepast.
Figuur 39 geeft een structure1e benadering weer van dit onderhoudsmodel, gebaseerd op de
zogenaamde "meting- en controleschema's".
Ret verkregen resultaat (YoJ bij een bepaalde meting wordt door een vergelijkingsorgaan
(rege1aar) tegen de ingeste1de "setpoint" (acceptatiegrens of criteria) R geevalueerd.
Se\pOintl
Cflteroa
Y.
Controller
Corrective
ActIOn
MeaslJ'ernent
PI'cx:ess
Figuur 39. Regelschema van het onderhoudsmodel.
Indien de waargenomen afwijking (8) de gestelde acceptatiegrens overschrijdt dan moet een
corrigerende actie worden gestart om te bereiken dat de proceswaarden weer aan de vastgestelde
criteria voldoen.
Dit processchema is van toepassing voor alle processen in het onderhoudssysteem die betrokken
zijn bij de integrale beheersing van de corrosie in de desbetreffende staalconstructie, dus voor:
het metings- en controleproces ten behoeve van de KB-installatie;
het proces van desintegratie van de coating;
het corrosieproces en
andere incidentele controleprocessen.
In figuur 40 wordt, als voorbee1d, een schematisch overzicht gegeven van de regulerende en
registrerende activiteiten ten behoeve van het proces: "corrosiepreventie". Om de zaak
eenvoudig te houden zijn in het schema alleen de procesonderdelen "kathodische bescherming"
en "coatingsdesintegratie" (en de interactie tussen beide) weergegeven.
Om een dergelijk gerntegreerd onderhoudsmodel te kunnen gebruiken dienen van tevoren de
van toepassing zijnde onderhoudscriteria (onderhoudsrichtlijnen ofhet programma van eisen) en
de onderhoudsparameters, alsmede de te gebruiken meettechnieken en rekenmodellen, goed te
worden gedefinieerd.
Voor het monitoren van de conditie van de coating en van de werking van de KB-installatie,
alsmede voor het continu verzamelen van alle meetgegevens, wordt in het regelschema van
figuur 40 rekening gehouden met een DCVG-schakeling ingebracht in een transformator of
gelijkrichter. De schakelaar kan, op afstand vanuit een meet- en regelruimte, in de standen "aan"
en "uit" worden gezet.
In de voorbee1dsituatie, aangegeven in het schema van deze figuur, kunnen twee soort metingen
worden uitgevoerd, namelijk:
1. De norma1e "aan-potentiaa1" ter contro1e of de beschermingsgraad van de KB-installatie aan
de ingestelde criteria vo1doet (de metingen worden vanaf de meet- en rege1ruimte F1
bestuurd) en
158
y

2. De DCGV -potentiaal (zie hoofdstuk 7) met de KB-installatie altemerend in de standen "aan"
en "uit". De gemeten potentiaal geeft een indicatie over de conditie waarin de aanwezige
coating verkeert (de schakelaar wordt nu vanaf de meet- en regelruimte F2 bestuurd).
De frequenties van en het aantal segmenten van de stalen buis waar de metingen moeten worden
uitgevoerd worden op afstand, vanuit de meet- en regelstations F 1 t/m F5 aangegeven in het
regelschema, bepaald en bestuurd.
Als aanvulling op figuur 40 laat het vereenvoudigde schema van figuur 41 de interactie (of
relatie) zien tussen enkele onderhoudsparameters alsmede de "balans" tussen het beheersproces
van de kathodische beschermingsinstallatie enerzijds en het desintegratieproces van de
beschermende coating anderzijds.
Wordt bijvoorbeeld (figuren 40 en 41) op een bepaald moment tijdens de controle met de
DCVG-techniek een te hoge potentiaal waargenomen, wat op een slechte conditie van de
coating zou kunnen duiden, dan worden de benodigde (van tevoren vastgestelde) correctieve
acties ondemomen. In dit geval zal men met een orienterende survey van de coating langs het
verdachte traject starten, hierbij gebruikmakend van de gegevens verzameld in "controlepost"
F5. Het vervolg van deze survey zou de uitvoering van uitgravingen kunnen zijn op die plaatsen
waar, de ingestelde criteria zijn overschreden.
Vervolgens worden de nodige onderhoudswerkzaamheden aan het coatingsoppervlak verricht of
worden de gecorrodeerde staalonderdelen gerepareerd of vervangen.
Om te evalueren of de uitgevoerde onderhoudsoperatie aan de verwachtingen voldoet worden
daama jaarlijkse surveys gehouden overeenkomstig de aanwijzigingen van de theoretische
"ranking tool" (fig. 41) die bij de Gasunie in ontwikkeling is.
Met deze "ranking tool" is het mogelijk vast te stellen of de "balansgegevens" van een, at
random gekozen, testlocatie binnen de gestelde criteria vallen en of deze gegevens, statistisch
gezien, verantwoord zijn.
159

I
I
I
f
I
I
I
I
I
I
'--------------------
CORROSION PREVENTION
Balance Cathodic Protection versus Coating
-----------------------
Figuur 40. Regelschema voor het proces "corrosiepreventie", zoals opgesteld door de
Gasunie.
i
EJtcav8doDs
... ,..
- - - - - - - - -
Coating JqJ8ir 8Ir.
RehabiIiwioa
- - - - - - - - -
Pipe Repair
EJ
~
L:::J
~
LJ
.
RaakiIIs
Tool
[3B
.
~.A. . .;~~
Figuur 41. Interacties tussen de diverse criteria en de besturing van het onderhoudsproces.
160
I

9.7 Onderhoudscriteria
Criteria voor het uitvoeren van onderhoudswerkzaamheden aan een tunnel, kunnen zijn:
1. De veiligheid van de gebruikers mag absoluut niet in gevaar komen.
2. De gebruikerseisen (zoals beschikbaarheid en rijcomfort) mogen niet aangetast worden.
3. De esthetische waarde mag niet in gevaar komen.
4. Voor aIle onderhoudsacties dient te worden overwogen of ze, vanuit het oogpunt van de
optimalisatie van de onderhoudskosten, verantwoord zijn en of ze, vanuit deze benadering,
moeten worden vervroegd of uitgesteld.
5. Een afweging van de beschikbare middelen (personeel en financien).
Ad 3.
In sommige gevallen kan de esthetica ofhet "technisch schoon" moeten zijn van de binnenzijde
van de tunnel een beslissende rol spelen bij het vaststellen van het te volgen onderhoudsbeleid.
In geval van esthetica gaat het voomamelijk om de vraag: "wanneer is vervuiling hinderlijk
voor de gebruiker?" of "wanneer verstoort de vervuiling de gestelde architectonische,
landschappelijke of cultuur-historische waarden?"
Onder "technisch schoon" wordt hier verstaan dat de diverse onderdelen van de tunnel in een
zodanige staat moeten verkeren dat de vervuiling geen gevolgen heeft voor de bruikbaarheid,
veiligheid en beschikbaarheid van de constructie.
Ad 4.
In de leer van het modeme onderhoudsmanagement is de vastgestelde onderhoudsstrategie geen
vast gegeven. Het al dan niet corrigerend optreden in een bepaalde onderhoudssituatie wordt in
dit kader in eerste instantie afhankelijk gesteld van het resultaat van een actuele
investeringsanalyse op lange termijn.
AdS.
Vaak be'invloeden de beschikbare middelen de uiteindelijke beslissing tot onderhoud.
Tot nu toe blijkt, in de praktijk, dat bovenstaande criteria niet op een eenduidige en concrete
manier zijn gedefinieerd. Zo verwacht men dat door ervaring, intu'itie en goed rentmeesterschap,
de inspecterende instanties de genoemde criteria op een juiste en verantwoorde wijze invullen.
Ook blijkt uit de onderzochte literatuur dat er weinig of geen informatie bestaat over de manier
waarop onderhoud optimaal zou moeten worden uitgevoerd, gezien vanuit het oogpunt van
kostenminimalisering.
De dienst Rail Infrabeheer van de NS heeft vooralsnog maar enkele relatief jonge tunnels in
beheer (waaronder de Schipholtunnel). Deze tunnels behoeven momenteel nauwelijks (groot)
onderhoud zodat er bij de NS op dit gebied nog geen ervaringsgegevens voorhanden zijn. De
meeste verkeerstunnels zijn in beheer bij Rijkswaterstaat. Gegevens over de daar gehanteerde
onderhoudscriteria ontbreken echter (zie 9.5).
Het opstellen van eenduidige criteria voor het in onderhoud nemen van een tunnel, of een deel
daarvan is dus zeer hard nodig.
161

9.8 Invloed van het wegdek op het type onderhoud
In het algemeen bestaat er weinig inzicht in de onderhoudsuitgaven ten behoeve van het onderhoud
aan het wegdek van een bepaald type tunnel. Het is echter aannemelijk dat de omvang van
het onderhoud aan het wegdek (asfalt of beton) van tunnels bestemd voor vracht- en personenvervoer
een merkbare invloed heeft op de totale onderhoudskosten. Vooral het onderhoud
aan asfalt in verkeerstunnels blijkt een zeer kostbare aangelegenheid te zijn.
Niet alleen het technische onderhoud is zeer kostbaar, maar ook de te nemen verkeersmaatregelen.
Het type asfaltlaag (gietasfalt, walsasfalt, ZOAB en de dunne Epoxy-slurry slijtlagen) bepaalt
voor een groot deel het te volgen onderhoudsbeleid voor verkeerstunnels.
Er is, op het gebied van asfalt, reeds vrij veel onderzoek gedaan naar de verouderingsmechanismen.
Een recent voorbeeld is het onderzoek naar kengetallen voor het vaste onderhoud aan wegennetten
bij de Directie Oost-Nederland [13].
In de literatuur is echter weinig bekend over de verouderingsparameters van de slijtlagen. De
onderhoudsfrequentie (of de levensduur van de asfaltlaag) wordt voor een groot deel bepaald
door:
de stijfheid van de tunnel het optreden van deformaties;
de verkeersintensiteit;
de samenstelling van het verkeer, met het oog op belasting;
het aantal rijstroken;
de klimatologische omstandigheden in de tunnel veel regenwater of condensvorming en wegenzout;
de ventilatiegraad in de tunnel;
het type asfalt dat voorheen was toegepast (wat was de kwaliteit en onder welke omstandigheden
heeft de verwerking plaatsgevonden?).
Van bovengenoemde factoren heeft de vrachtverkeerintensiteit de meeste invloed op de levensduur
van de asfaltlaag en is dus feitelijk bepalend voor de levensduur van de asfaltlaag en de onderhoudsfrequentie.
De meeste schades in verband met vermoeiing en scheurvorming ontstaan
ten gevolge van de zware belasting door het vrachtverkeer.
In [14] wordt een overzicht gegeven van de invloed van de verkeersintensiteit op de levensduur
van kunststofslijtlagen en van de maatregelen die gewoonlijk worden genomen bij de diverse
schadebeelden van de asfaltlaag.
Uit een onderzoek in Belgie [15, 16] is geconstateerd dat naast de verkeersintensiteit ook de aslasten
van groot belang zijn voor de veroudering van de asfaltlaag. Door de toenemende aslasten
van het vrachtverkeer kunnen, naast de reeds genoemde schadevormen, ook andere vormen van
schade ontstaan waardoor de levensduur nog eens extra wordt bekort. De bijdrage van deze
schadebeelden is sterk afhankelijk van het aantal aslasten dat over de weg is gegaan en wordt
gemiddeld geschat op ca. 30%.
Toepassing van het "predictieve onderhoud" voor het asfalt is moeilijker uit te voeren dan voor
de tunnelwand (staal of beton) omdat het desintegratiepatroon van dit materiaal weinig voorspelbaar
is. Een goed uitgangspunt voor het vaststellen van de desintegratieparameters zou het
bestaande optimaliseringsmodel voor het wegenonderhoud van RWS-DWW kunnen zijn [17],
162

waarin vele inspectiegegevens omtrent het verloop van de conditie van het asfalt in de tijd zijn
verwerkt.
Bij Rijkswaterstaat [14] onderkent men voor het asfalt een aantal verschillende soorten onderhoud,
waarbij de indeling "klein" en "groot" onderhoud wat minder duidelijk naar voren komt.
Men kent het zeer locale onderhoud, bestaande uit het plaatselijk slopen/vullen, hete1uchtgutsen,
frezen, slijtlaag vemieuwen, het bijwerken van de wegmarkering, etc.
Daamaast kent men de gehele vervanging van de asfaltlaag, wat wordt aangeduid met de term
"groot onderhoud" (levensduur asfaltlaag is 5-25 jaar, levensduur slijtlaag is 8-12 jaar).
Het is aannemelijk dat de onderhoudsfrequentie bij een betonnen wegdek lager zal zijn dan bij
een asfalt wegdek; dit zal van invloed zijn op de totale onderhoudskosten van een tunnel.
Uit de literatuur (b.v. [18]) blijkt dat er veel onderzoek is gedaan naar de veroudering van beton
en betonnen elementen. Hoewe1 de mate van veroudering niet kwantitatief, bijvoorbeeld
cheurwijdte in mm, als functie van de tijd wordt weergegeven.
In [18] wordt tevens een aantal hoofdoorzaken onderscheiden die verantwoordelijk zijn voor de
schade aan betonnen elementen.
Door de redenen genoemd in de inleiding van dit hoofdstuk wordt de aantasting en onderhoud
van asfalt en beton in tunnels hier niet verder behandeld.
9.9 Functionele eisen
De voomaamste specifieke functionele eisen die door opdrachtgevers, ten aanzien van het onderhoud
en beheer van stalen en composiet staalbeton tunnels, worden gesteld zijn:
1) Levensduur
De ontwerplevensduur van kunstwerken bedraagt 100 jaar. Deze eis geldt ook voor stalen en
composiet staalbeton tunnels. Hierbij dient te worden opgemerkt dat deze eis geldt voor de
hoofd( draag) constructie en niet ten aanzien van de wegverharding, installaties, etc.
2) Onderhoud
Het onderhoud dient tot een minimum beperkt te blijven , vanwege de volgende redenen:
1. Minimalisatie onderhoudskosten
Hierbij dient te worden opgemerkt dat er in principe een economisch optimum bestaat
tussen stichtings- en de geprognotiseerde onderhoudskosten.
2. Minimale hinder of stremming voor het verkeer
Deze eis is sterk afhankelijk van de functie van de tunnel. (zie ook 9.3).
3) Beperkte of geen bereikbaarheid van onderdelen
Het is niet mogelijk concrete eisen te noemen ten aanzien van het onderhoud. Het toepassen
van bijvoorbeeld gescheiden tunnelbuizen leidt wellicht tot hogere bouwkosten maar tijdens
de levensduur kan onderhoud van een tunnelbuis plaatsvinden door het verkeer tijdelijk om
te leiden door de andere buis. De opdrachtgever stelt deze criteria in combinatie met de
wegbeheerder op, waarbij de functie en de lokale omstandigheden ter plaatse van de tunnel
van grote invloed zijn. Concrete verschillen ten aanzien van stalen en composiet staalbeton
tunnels zijn niet te noemen.
163

4) Buiten gebruik stellen
Ten aanzien van stalen en composiet staalbeton tunnels zijn geen specifieke eisen te noemen,
daar deze eisen door de wegbeheerder worden gesteld en onafhankelijk zijn van de constructieve
uitwerking van de tunnel. In het algemeen kan worden gesteld dat het buiten gebruik
stellen tot een minimum moet worden beperkt.
5) Transport van stoffen
De functionele eisen zoals gesteld door de opdrachtgever dienen te worden omgezet naar
constructieve eisen. Afhankelijk van de toelaatbare stoffen dienen belastingen te worden
opgesteld ten aanzien van brand-, explosie- en chemische resistentie. Op basis van deze belastingen
dient de constructie te worden gedimensioneerd.
6) Brandwerendheidseisen
Bij het stellen van de brandwerendheidseisen aan een constructie (en aan b.v. het toe te
passen brandvertragende systemen) is het van primair belang risico's van het verlies van
mensenlevens en het verminderen van de stabiliteit van de constructie zo veel mogelijk uit te
sluiten.
Daarvoor zijn in diverse normen richtlijnen gegeven (bijvoorbeeld de BS 476, part 8: 1972;
NEN 3881; NEN 3883 en NEN 3884 ) die kunnen helpen bij het vaststellen van de eisen.
Additionele informatie over bereikbaarheid voor de brandweer, het gemiddeld aanwezige
aantal personen en de vuurbelasting van de constructie beYnvloedtmede de besluitvorming.
Ten aanzien van stalen en composiet staalbeton tunnels zijn voor brand- en/of explosiebelastingen
in principe geen specifieke eisen te noemen, daar deze eisen door de opdrachtgever
worden gesteld en onafhankelijk zijn van de constructieve uitwerking van de tunnel.
7) Rookontwikkeling
Met betrekking tot rookontwikkeling zijn geen specifiek afwijkende eisen gevonden ten
aanzien van stalen en composiet staalbeton tunnels.
8) Ventilatie
Met betrekking tot ventilatie zijn evenmin afwijkende eisen gevonden ten aanzien van het
onderhoud en beheer van stalen en composiet staalbeton tunnels.
9) Zettingen
Ten aanzien van zettingen worden geen specifieke eisen gesteld. Deze moeten de levensduur
van een constructie niet negatief beYnvloeden. De absolute waarde van de zettingen is sterk
afhankelijk van de afmetingen van de tunnel, de geotechnische gesteldheid etc. In het
ontwerp stadium dienen de te verwachten zettingen te worden bepaald. Tijdens de
gebruiksfase kunnen de geprognotiseerde waarden worden vergeleken met de gemeten
waarden.
10) Waterdichtheid en -afvoer
Met betrekking tot waterdichtheid zijn geen specifiek afwijkende eisen bekend ten aanzien
van stalen en composiet staalbeton tunnels. De hoeveelheid toegestaan lekwater wordt door
164

de opdrachtgever als functionele eis gesteld. Relevante gegevens over lekkage is gegeven in
[11].
In [12] wordt ten aanzien van de waterdichtheid van de tunnel gesteld dat licht ge"isoleerde
droge vochtplekken zijn toegestaan. De maximaal toelaatbare hoeveelheid lekwater per dag
bedraagt 0,05 11m2(bij een referentie1engte van 10 m) en 0.05 11m2bij een referentielengte
van 100 m. In de schachten en toeritten mag geen lekwater waarneembaar zijn. Verder wordt
in [12] ten aanzien van het water afvoersysteem gesteld dat in de tunnelltoeritten een waterafvoersysteem
met pompinstallatie moet zijn aangebracht. Het ballastbed mag niet als buffer/
afvoer in de lengterichting van de tunnel functioneren. De hoeveelheid water voIgt uit de
grafiek van Braak met een overschrijdingskans van 1 maal per 250 jaar. Voor het inrijdwater
door de treinen kan voor de buitenste 300 m' van de gesloten tunnel worden aangehouden 30
11m!spoor/uur en voor het overig gedeelte 15 11m!spoor/uur. Lozing van het water dient op
het riool plaats te vinden. De pompinstallaties moeten automatisch werkend en explosievrij
worden uitgevoerd met (niet te blokkeren) handschakelaars ter plaatste. De pompen moeten
eenvoudig zijn te vervangen. In geval van calamiteiten moet het verontreinigde water kunnen
worden opgevangen en worden afgevoerd (b.v. tankauto's).
11) Corrosie
Corrosie mag de levensduur van de constructie niet nadelig be"invloeden. Tevens moet tijdens
de levensduur altijd worden voldaan aan de functionele eisen, zonder dat corrosie hier
mogelijk invloed op heeft. Inspectie op corrosie dient op adequate wijze te kunnen worden
uitgevoerd (bereikbaarheid).
12) Veillgheid
In verband met de veiligheidseis ten aanzien van exploitatie moeten bij twee tunnelbuizen
dwarsverbindingen worden aangebracht met afsluitbare, zelfsluitende, brandwerende (60
min.) deuren (2x2 m).
9.10 Schilderonderhoud aan de binnenzijde van de tunnel
In het algemeen is er voldoende kennis aanwezig voor het langdurig schildertechnisch
onderhouden van het staaloppervlak tegen corrosie aan de binnenzijde van de tunnel, waar geen
beton op het staal aanwezig is. De gangbare organische en anorganische "protective coatings"
voor staal, meestal op basis van epoxy- en polyurethaanharsen, kunnen hier het best worden
toegepast.
Zelfs in geval van verkeerstunnels, waar de meest corrosieve omstandigheden heersen, is het
mogelijk om het staaloppervlak langdurig te beschermen. Zo wordt, als voorbeeld, in [5] een
aantal actieve en passieve maatregelen ter bescherming van staal in ondergrondse
verkeerstunnels genoemd.
Aan het schildertechnisch onderhoud van dit type tunnels moeten zeer strenge eisen worden
gesteld. Hier kan veel condensvorming op de wand optreden. Ook worden dooizouten in de
winter en veel (zuur) vocht door uitlaatdampen en regenwater door het verkeer de tunnel
binnengesleept. Door het een en ander kan het klimaat binnen in de tunnel in de categorie "zeer
agressief' vallen.
165

De keuze van de, bij een bepaalde situatie, toe te passen voorbehandelingsmethoden en
onderhoudsverfsystemen kan worden gemaakt aan de hand van de keuzeschema's vermeld in de
ISO-norm 12944 [1]. Deze ISO-norm is inmiddels, via een NPR, aan de Nederlandse situatie
aangepast [2].
Hierbij kan men, voor de bepaling van het in de tunnel heersende klimaat, gebruik maken van
de indeling in [8]. Afhankelijk van de tunnelsoort en het tunnelontwerp, alsmede afhankelijk
van de verkeersdichtheid, zal de agressiviteit van het klimaat in de tunnel varieren tussen de
klimaatklassen C1 en C5 (volgens [2] dee12).
Voor de beoordeling van de onderhoudstoestand van de coating op de tunnelwand tijdens de
inspectiebeurten kan men gebruik maken van de aanwijzingen vermeld in de diverse delen van
NEN-ISO 4628, zie [6 en 7].
De bescherming of verfraaiing van de betonnen wand van composiet tunnels zal meestal
probleemloos geschieden, bijvoorbeeld door middel van coatings op basis van watergedragen
acrylaten of dispersies. De bijdrage van dit betononderhoud, gerelateerd aan de totale
onderhoudskosten van de tunnel, zal in het algemeen klein zijn.
9.11 Onderhoud aan de buitenzijde van de tunnel
De langdurige bescherming tegen corrosie van de buitenzijde van de stalen lening of
tunnelwand middels coatings kan, vooral in die gevallen waar er sprake is van onderdompeling
(met of zonder KB) problematisch zijn (zie ook hoofdstuk 8).
Het probleem wordt des te groter in geval van diep geboorde tunnels, in het bijzonder als de
wand of lening verkregen wordt door het continu spiraal doorlassen (machinaal) van de stalen
plaat. In dit specifieke geval is het niet mogelijk om tijdens het bouwen een coating aan de
buitenzijde van de tunnelwand te brengen, tenzij men zeer geavanceerde en duurdere technieken
toepast.
Kathodische bescherming en/of een extra corrosietoeslag zijn in dit geval de meest voor de hand
liggende oplossingen.
Het visueel vaststellen van de onderhoudstoestand van buitenoppervlak en schildertechnisch
onderhoud zijn evenmin mogelijk (voor indirecte methoden voor het vaststellen van de
onderhoudsconditie van de stalen wand aan de buitenzijde wordt verwezen naar hoofdstuk 8).
Een van de harde eisen die in de tunnelbouw worden gesteld is dat de stalen wand van de tunnel
duurzaam bestand moet zijn tegen de daarop werkende krachten en invloeden gedurende de
gestelde levensduur van de tunnel (in de regel minimaal 75 jaar).
Indien, in een bepaalde situatie, betrouwbare gegevens ontbreken die nodig zijn voor het
nauwkeurig inschatten van de heersende condities en de duurzaamheid van het materiaal, zit er
voorlopig weinig anders op dan een zekere mate van overdimensionering (corrosietoeslag) aan
de stalen mantel te geven om de benodigde veiligheid te garanderen.
Een voorbeeld van een vereenvoudigde methode voor de nauwkeurige levensduurvoorspelling
van ondergrondse leidingen wordt besproken in [4].
9.12 Overig onderhoud
ledere vorm van onderhoud die niet valt onder het onderhoud aan de tunnelwand, aan de asfaltof
slijtlaag, of aan het betonnen wegdek van de tunnel wordt hier samengevoegd onder "overig
166

onderhoud". De bijdrage van de kosten van dit type onderhoud op het totale onderhoudsbedrag
van een tunnel kan soms significant zijn.
Onder "overig onderhoud" vallen de volgende activiteiten:
a) onderhoud aan apparatuur ten behoeve van conserveringswerk en andere
onderhoudsactiviteiten;
b) onderhoud aan wegovergangen;
c) onderhoud aan geleiderails en overige weginventaris;
d) onderhoud van de tunnel (ventilatiesystemen en verlichting);
e) onderhoud aan de spoorrails en andere onderdelen ten behoeve van het treinverkeer;
f) onderzoek ten behoeve van het onderhoud (geen inspecties);
g) onderhoud aan het laswerk (ook lasonderzoek);
h) onderhoud ten behoeve van het repareren van scheuren in de tunnelwand.
Omdat het "overige onderhoud" zoveel verschillende activiteiten omvat, dient, ten behoeve van
een prognosemodel, te worden onderzocht wat de gemiddelde invloed is van de kosten van elk
van deze activiteiten afzonderlijk op het totaal van de onderhoudskosten voor een bepaald type
tunnel.
Een aanvullend onderdeel van het onderhoudssysteem is het zogenaamde "klein onderhoud".
Hiermee wordt bedoeld het pakket aan onderhoudsactiviteiten, ook vaak aangeduid als "het
jaarlijks terugkerende onderhoud" dat binnen het jaarlijks beschikbare onderhoudsbudget kan
worden ingepast. De omvang van dit "klein onderhoud" is uiteraard afhankelijk van het type
tunnel en de omvang van de inventaris.
9.13 Onderhoud van het KB-systeem
Indien tijdens de monitoring of inspectie zou blijken dat de kathodische bescherming van de
tunnelwand niet langer aan de gestelde potentiaalcriteria van tabel 20 voldoet of dat grote
verschillen zijn opgetreden met vorige controles (geadministreerde gegevens), kunnen de
volgende maatregelen worden getroffen:
herstellen, vervangen of inregelen van onderdelen in het KB-systeem;
zorgvuldig schoonmaken en herstellen van de eventueel beschadigde coating;
herstellen, vervangen of inregelen van doorverbindingen en vereffeningsverbindingen;
opheffing van metallische contacten met andere geleiders;
zo mogelijk ontoelaatbare bei'nvloeding bij de bron opheffen.
Ais in de grond gelegen kathodisch beschermde objecten (gedeeltelijk) worden bloot gelegd,
kan de gelegenheid worden benut om het beschermde object te inspecteren.
Indien tijdens de inspecties interferentieverschijnselen worden waargenomen, dan moet men de
nadelige bei'nvloeding hiervan zo snel mogelijk opheffen.
Hiertoe kunnen, afhankelijk van de situatie, de volgende maatregelen worden genomen:
verplaatsing van het anodebed in horizontale of vertic ale richting;
verbetering van de conditie van de uitwendige bekleding van de tunnel wand op die trajecten
waar interferentie wordt aangetoond;
afscherming met behulp van elektrisch isolerende material en;
het aanbrengen van vereffeningsverbindingen, met zo nodig weerstanden daarin
opgenomen;
167

in aanwezigheid van een naburig gelijkstroomtractiebedrijf (GTB) zal het railsysteem op
eventuele onvolkomenheden worden gecontroleerd. Als de maatregelen door het GTB niet
het gewenste effect hebben, dan kan worden overgegaan tot het plaatsen van een drainage.
Voor alle gevallen geldt dat de uitgevoerde (corrigerende) maatregelen op effectiviteit moeten
worden gecontroleerd.
9.14 Controleregelmaat van het KB-systeem
Controleregelmaat voor een goed beheer en het functioneren van het KB-systeem is
noodzakelijk (zie ook 8.3). In die gevallen waar de efficientie van het KB-systeem en de
conditie van de coating niet continu, door een volledig geautomatiseerd beheerssysteem, wordt
bewaakt (zie 8.11) moeten de volgende controlerende activiteiten worden gepland:
Een jaarlijkse controle indien het stalen object zich in een gebied met weinig of geen
ondergrondse infrastructuur bevindt.
Een halfjaarlijkse controle of zo nodig vaker, in gebieden met een intensieve ondergrondse
infrastructuur .
Een halfjaarlijkse controle of zo nodig vaker, in die gevallen waarin de continulteit van de
kathodische bescherming onder meer door zwerfstromen, blikseminslag, etc. wordt
bedreigd.
Een halfjaarlijkse controle of zo nodig vaker onder omstandigheden waarin hoge
corrosiesnelheden kunnen worden verwacht.
Voorts geldt dat, bij uitbreiding of wijziging van het KB-systeem, de MEP altijd opnieuw moet
worden gemeten (zie hoofdstuk 8).
Voor de beheerder van de ondergrondse staalconstructie geldt expliciet, dat voomoemde
maatregelen in een kwaliteits- en/of beheersplan van bedrijfsvoering conform NEN 3650
moeten passen.
Tevens valt te overwegen om een vijfjaarlijkse controle over het gehele tunneltrace te houden,
waarbij met kleine intervallen (b.v. per meter over de line survey, zie 8.10 en 9.15)
potentiaalmetingen worden uitgevoerd. Hiermee kan worden bepaald of de tunnelwand tussen
de meetpunten goed kathodisch is beschermd.
Deze metingen kunnen eventueel worden gecombineerd met het opsporen van beschadigingen
in de coating met behulp van de methoden genoemd in 8.10 (Pearson-techniek, etc.).
9.15 Uitvoering van MEP-metingen in de praktijk
Volgens de vele literatuurreferenties is de meting van de MEP de meest praktische methode
voor de controle van de effectiviteit van de werking van een KB-installatie. Het geaccepteerde
criterium, zoals in [19] aangegeven (zie ook hoofdstuk 6), is een MEP negatiever dan
-850 mV onder normale omstandigheden, of -950 mV in aanwezigheid van sulfaatreducerende
bacterien ten opzichte van de referentie-elektrode Cu/CUS04'
Omdat in de praktijk langs een tunneltraject verschillende bodemcondities kunnen voorkomen
en het bepalen van de bacteriele activiteit in alle locaties ondoenlijk is wordt vaak voor de KBinstallatie
een criterium van -950 mV aangehouden.
Conventioneel worden de MEP-metingen op intervallen van 1 km langs het tunneltrace
uitgevoerd, terwijl de beschermstroom aan staat. In principe zouden deze metingen vanaf de
binnenzijde van de tunnel kunnen worden uitgevoerd.
168

Bij deze metingen moet met de plaatselijke "IR-drop" rekening worden gehouden. Dit is het
potentiaalverschil tussen de tunnelwand en de referentie-elektrode als gevolg van de
bodemweerstand.
De IR-drop kan in sommige gevallen enkele honderden mY's bedragen en kan aldus een
ernstige fout in de MEP-meting introduceren (zie 8.4).
Indien bij aIle metingen een potentiaal negatiever dan -950 mV wordt geregistreerd (na correctie
van de IR-drop) dan kan men er vanuit gaan dat de constructie, over de gehele lengte, voldoende
wordt beschermd.
Indien de tunnelwand echter voorzien is van een coating die op enkele plaatsen beschadigd is,
dan zullen de potentiaalmetingen sterk van elkaar verschillen.
Voor de evaluatie van de ernst van de beschadigingen en de noodzaak van het uitgraven en
repareren van de constructie wordt aanbevolen om eerst een DCVG-survey (zie 8.10) over het
gebied waar de beschadigde zones liggen uit te voeren. De delen die defecten vertonen met een
voltagegradient van minimaal 50% dienen zo snel mogelijk te worden gerepareerd. De gebieden
met defecten met een voltage gradient groter dan 30% moeten zo snel als praktisch mogelijk is
worden beoordeeld en die met een voltagegradient groter dan 15% moeten worden gemonitored.
Bij de vijfjaarlijkse controles of in die gevallen waar het vermoeden bestaat dat de coating van
de tunnelwand op vele plaatsen is beschadigd wordt aangeraden om langs het desbetreffende
tunneltraject, op intervallen van ca. 1 meter, de beschadigde plekken met behulp van MEPmetingen
te lokaliseren. Dit wordt in de literatuur als een "close-interval potential survey"
(CIPS) aangeduid. Gelet op de korte intervallen waarop de metingen moeten worden uitgevoerd
(en het aantal ervan) is het ondoenlijk om de metingen vanuit de binnenzijde van de tunnel te
verrichten (te veel gaten in de tunnelwand!).
Voor de uitvoering van de CIPS's vanaf het maaiveld zijn meestal 3 personen nodig (zie fig.
42A). Een daarvan loopt vooraan om het trace van de stalen buis te lokaliseren en de
meetpunten te markeren. De tweede voert de potentiaalmetingen uit met behulp van een
geautomatiseerde voltmeter met datacollector en de derde zorgt voor de logistiek (kabels
verplaatsen en leggen, mobiele middelen bedienen, materiaal aanvoeren, etc.).
Als voorbeeld worden in figuur 42B de potentiaalwaarden, gemeten tijdens een CIPS langs een
traject waar de coating op twee plaatsen was beschadigd, grafisch weergegeven.
De nauwkeurige uitvoering van CIPS betekent dat de operators soms zeer onplezierige obstakels
(zie fig. 42C) zullen moeten overwinnen.
Van belang is dat men het type referentie-elektrode aan de omstandigheden moet aanpassen. Zo
zal men in geval van brak- of zoutwater een verzadigde calomel-elektrode in plaats van de
gebruikelijke CuiCuS04-elektrode toepassen.
In geval van metingen in diep water zijn er diverse uitvoeringsmogelijkheden (zie fig. 42D).
Afhankelijk van de diepte en de lengte van het tunneltraject onder het water kan de referentieelektrode
in aanraking met de bodem worden gehouden door een duiker, door een op afstand
bediend voertuig, etc. In [20] word de planning en uitvoering van CIPS's, alsmede de methode
voor de registratie en interpretatie van de meetgegevens, zeer goed omschreven.
In de praktijk blijkt dat de resultaten, verkregen bij de CIPS, sterk door diverse factoren kunnen
worden beinvloed, zoals de pH van de grond, de aard en dichtheid van de coating, de ligging,
orientatie en grootte van de defecten in de coating, etc. Een werkwijze om de nauwkeurigheid
van de metingen te vergroten wordt in [21] gegeven.
169

Enkele beperkingen van de CIPS' s zijn:
De metingen geven geen informatie over de emst van de beschadigingen in de coating.
"Real Time" analyse is moeilijk. Voor de verwerking van de gegevens is een computer
nodig.
De gegevens zijn moeilijk interpreteerbaar in gebieden waar zwerfstromen aanwezig zijn of
waar meerdere constructies naast elkaar lopeno
Voor de uitvoering van de metingen is ervaren personeel nodig.
A (B)
Test station
5.
Figuur 42.
(A)
(B)
(C)
(D)
Pipeline
C
0
~ Pipeline
marker
3.0
~ 2'O
1
Q..
J>/Spotential
.r.'''''lr'''''''i'''''~~~~~'~;~~~''''i'''''''''''''~'''-''''............
E
. "'''''''~/ y moo''
1.0. .......
0.0 32.000
Insulated cable
to pipe on shoff
- - w- - - - -.- - - - - - - - - - - - - - -0.8S-V
~ " .._h..hU..~u...n.__n'UUU'__n.n u n
Diver umbillca~
and corns
o:::;:.rC>
33,000
Distance(fI)
Pipeline 9 5. Pipeline ~
Uitvoering van "close-interval potential surveys" (CIPS).
Uitvoering van de metingen vanafhet maaiveld
Grafische weergave van de MEP-metingen (twee beschadigde plekken te zien)
Metingen in ondiep water
Metingen in diep water
9.16 Controle van de conditie van de coating
Een algemene regel is dat een coating moet beschermen maar niet verbergen. De eventuele
aanwezigheid van roest en scheuren op het staaloppervlak, aan de binnenzijde van de tunnel,
moeten altijd te zien zijn.
In 8.10 worden enkele technieken behande1d om de conditie waarin de coating, aan de
(onzichtbare) buitenzijde van de tunne1wand verkeert vast te stellen. Met behulp van deze
technieken is het mogelijk om, zonder de constructie bloot te leggen, langs de gehele lengte van
het tunneltraject vast te stellen:
- De ligging van de defecten in de coating.
170
34,000

De ligging van de defecten in de coating.
De exteme be'invloeding door zwerfstromen.
Zeer nauwkeurige MEP-waarden.
De afwijking van KB-potentialen.
In de praktijk blijkt de combinatie van de DCVG en CIPS (8.10.2 en 9.15) de meest
nauwkeurige resultaten op te leveren [22]. Een ervaren operator kan hiermee niet alleen de
plaats van het defect in de coating vaststellen maar ook de omvang en vorm van de
beschadiging. Hij is bovendien in staat te zeggen of de defecten in de coating moeten worden
gerepareerd dan wel dat de reparatie ervan niet de moeite waard is, of dat verdere nauwkeurige
corrosiemetingen nodig zijn voordat men beslist de constructie bloot te leggen, of dat de
potentiaal van het kathodische beschermingssysteem nauwkeurig bepaald moet worden.
In tabel 24 wordt als illustratie en vergelijking een overzicht gegeven van de snelheid waarmee
de diverse inspectietechnieken, vermeld in 8.10 en 9.15, kunnen worden uitgevoerd.
Tabel 24. uitvoeringssnelheid van de diverse inspectietechnieken.
Meettechniek Uitvoeringssnelheid
MEP (per meetpaal) 50 (km/manldag)
CATS 50
DCVG 7
Pearson 2,5
CIPS 1
9.17 Civiel onderhoud. Inspecties en checklist [10]
Het inspecteren van civieltechnische constructies (volgens een van te voren opgesteld
inspectieprogramma) betreft meestal een visuele opname van de huidige toestand, waarbij de
lijsten met schadetypen, oorzaken en kwalificaties gebruikt worden om de inspectieformulieren
in te vullen (zie als voorbeeld het coderingssysteem van tabel 25). Indien er schade geconstateerd
wordt, zal in dit geval een uitgebreider onderzoek plaatsvinden.
Voor de beoordeling van de emst van de defecten, aangetroffen in het conserveringswerk van
een staalconstructie, worden meestal "wegingsfactoren" gebruikt (zie tabel 25).
In de tabel is, als voorbeeld, te zien dat in dit geval de achteruitgang van het visuele uiterlijk
(esthetic a) van de coating minder zwaar weegt (weegfactor 1) dan het optreden van onderroest
(weegfactor 5).
171

Tabel25. Coderingssysteem voor inspecties.
Schadety- Omschrijving Kwalificatie Omschrijving
pen
01 erosie betonoppervlak 05 (U) uitstekend
02 scheuren 04 (ZG) zeer goed
25 corrosie 03 (G) goed (geen onderhoud nodig)
40 te lage aardweerstand 02 (R) redelijk (uitstel 1jaar mogelijk)
45 "bromt" 01 (M) matig (uitstel 1 jaar mogelijk)
67 te grote speling 01 (S) slecht (geen uitstel mogelijk)
68 "loopt aan" 00 (SZ) zeer slecht
Oorzaak Wegingsfactor Parameter
01 vorst/ dooizout 01 uiterlijk
03 carbonatatie 02 hechting
09 chloride indringing 01 erosie/verkrijting
25 thermische beweging, enz. 05 barst- en roestvorming vanuit de randen
29 mechanische slijtage 02 roestvorming vlakken
56 kortsluiting 05 onderroest
De verschillende soorten metingen betreffen onder andere:
het chloridengehalte van beton;
het cementgehalte van beton;
de betondekking op de wapening;
de wapeningsdiameter en -afstand;
de carbonatatiediepte;
corrosiehaarden in beton;
spanningscorrosie van de betonwapening (waterstofverbrossing);
scheurvorming en scheurwijdte;
(dynamische) vervormingen van de tunnel wand;
voeghardheidsmetingen van het metse1werk;
de dikte van de stalen wand of mantel (ultrasoon-metingen);
de roestgraad van het geconserveerde staaloppervlak;
de vorm waarin corrosie optreedt (pitting, egale aantasting, etc);
de mate van desintegratie van de coating;
het gedrag en/of de conditie van de bevestigingsmiddelen.
Ter voorbereiding van de inspectie worden inspectieformulieren of checklisten samengesteld
met daarop aangegeven:
naam en nummer van de constructie;
naam en nummer van het constructieonderdeel;
datum inspectie;
schadenummer;
aanzicht;
raster;
type schade;
kwantiteit en eenheid;
172

oorzaak;
kwalificatie;
opmerkingen.
Ter voorbereiding van de inspecties wordt tevens een lijst samengesteld met mogelijke
schadetypen, -oorzaken en kwalificaties. Een dergelijke lijst is noodzakelijk in verb and met:
tijdwinst tijdens de inspectie;
de inspecteurs op een uniforme wijze de schaden te laten beoordelen;
het eenduidig vastleggen van de huidige staat;
de "inspecteurs in het veld" dwingen na te denken over een mogelijke oorzaak en daardoor
op een andere (=betere) manier gegevens te laten verzamelen.
Met behulp van inspectietekeningen kunnen inspecteurs nagaan welke elementen van een tunnel
geinspecteerd dienen te worden. Tevens kunnen zij de locaties van schaden in het schaderapport
vastleggen. De inspectietekeningen zijn een waardevolle informatiebron die bij onderhoudsactiviteiten,
de aannemer in detail kan vertellen welke actie waar moet te worden uitgevoerd.
Foto's vormen een be1angrijk hulpmiddel om schadetype en -omvang vast te leggen.
Indien er geen schade geconstateerd wordt, vindt er op basis van steekproeven een onderzoek
naar mogelijke toekomstige schade plaats.
In geval van een goed opgezet onderhoudsbeheersysteem zullen de inspectieresultaten in een
geautomatiseerde database opgeslagen en, met behulp van de computer, verwerkt worden.
Gedurende de globale visuele inspectie zal een kwalificatie plaatsvinden van de
onderhoudstoestand op basis van voomamelijk veiligheid, functionaliteit en beschikbaarheid. In
sommige gevallen kan de esthetica ook een belangrijke rol spelen.
Terwille van een betrouwbare schadeanalyse is het een goede praktijk om de inspectiegegevens,
middels tabellen en grafieken, samen te vatten. In tabel 26 worden als voorbeeld enkele
inspectiegegevens vermeld, verkregen tijdens diverse inspecties van het schilderwerk aan een
staalconstructie. Voor de beoordeling van de emst van de defecten, aangetroffen in het
verfsysteem, zijn hier de "wegingsfactoren" gebruikt die in tabel 25 worden vermeld.
Door de onderhoudsconditie van de constructie (uitgedrukt als het totaal aantal punten
verkregen tijdens de diverse inspecties) als functie van de tijd grafisch uit te zetten is het
mogelijk om het tijdstip waarop de constructie in onderhoud moet worden genomen vrij
nauwkeurig te schatten. Ook de omvang van een eventuele onderhoudsbeurt kan uit het
puntental van een inspectie worden afgeleid. Bijvoorbeeld een puntental van 42 betekent dat de
constructie nog in een relatief goed staat verkeert en dat in principe alleen de randen, de bouten
en moeren en de plaatse1ijke defecten geschilderd kunnen worden.
Een score van bijvoorbeeld 21 punten kan betekenen dat de constructie in een matige tot slechte
toe stand van onderhoud verkeert en dat plaatse1ijk stralen, bijwerken en 1 tot 2 maal
overschilderen geboden is.
173

Tabel 26. beoordeling van een onderhoudssituatie door middel van wegingsfactoren.
Inspectie- Wegingsfactor Ins pee tie d a t a (*)
parameter 01-10-1992 24-08-1993 28-06-1994
NG G NG G NG G
Uiterlijk xl 4 = 4 3 = 3 3 = 3
Hechting x3 2 = 6 2 = 6 1 = 3
Onderroest x5 4 = 20 4 = 20 4 = 20
Barst-en roestvormingvanuit x5 4 = 20 3 = 15 3 = 15
de randen
Totaal aantal punten 14 = 50 12 = 44 11 = 41
Dikte verflaag (~m) 330-500 325-480 320-485
NG
G
(*)
9.18 Literatuur
= Inspectieparameter niet gewogen
= Inspectieparameter gewogen (gecorrigeerd met weegfactor)
= Zie voor de puntenwaardering van de inspectieparameters de waarden vermeld in tabel 25.
1. ISO-norm 12944: "Paints and varnishes. Corrosion protection of steel structures by
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
174
protective paint systems", delen 1 tlm 8.
NPR 7452: "Toelichting op NEN-EN-ISO 12944 Verven en vernis sen. Bescherming van
staalconstructies tegen corrosie door middel van verfsystemen". Deel 1: "Algemene
informatie". Deel 2: "Indeling van de klimaatklassen". Deel 3: "Ontwerpcriteria". Deel
4: "Soorten oppervlakken en oppervlaktevoorbehandeling". Deel 5: "Beschermende
verfsystemen". Deel 6: "Laboratorium beproevingsmethoden voor het vaststellen van
prestaties". Deel 7: "Uitvoering van en toezicht op schilderwerkzaamheden". Deel 8:
"Ontwikkeling van specificaties voor nieuw werk en onderhoud".
Materials Performance 36(5) bIz. 25, mei 1997
M.N. Gimelfarb: "Corrosion Prediction for Underground Pipelines", Materials Performance,
vol. 29, nr. 2, bIz. 18-20, februari 1990.
N. Klawa: "Protection of Steel Structures in Traffic Tunnels Against Corrosion", Str.
Tietbau, vol. 38 (11) biz. 12-13 en 16-22, november 1984.
NEN-ISO 4628: "Verven en vernissen- Beoordeling van de kwaliteitsafname van verflagen-Aanduiding
van de intensiteit, hoeveelheid en omvang van algemeen voorkomende
gebreken". Deel 1: "Algemene uitgangspunten en beoordelingsschema's". Deel 2:
"Aanduiding van de mate van blaarvorming". Deel 3: "Aanduiding van de mate van
roestvorming" . Deel 4: "Aanduiding van de mate van barstvorming". Deel 5:
"Aanduiding van de mate van afbladderen".
NEN-ISO 4624: "Verven en vernissen. Bescherming van staalconstructies tegen corrosie
door middel van verfsystemen. Lostrekproef voor de bepaling van de hechting".
prEN 12501: "Protection of metallic materials against corrosion-Corrosion likelihood in
soil". Deell: "General". Deel2: "New structures". Deel3: "Existing structures".
A. Pijnacker Hordijk, B. Van der Velde: "New Maintenance Philosophy Based on a 100
km Pipeline Coating Survey", N.V. Nederlandse Gasunie, The Netherlands.

10. G.J Schouten: "Informatietechnische aspecten met betrekking tot beheer en onderhoud
aan infrastructurele werken", Onderhoudsmanagement, december 1995.
11. J.W.P.M. Brekelmans: "Stalen en composiet staalbeton tunne1constructies. Inventarisatie
en kennisleemten", TNO-rapport 96-CON-R0519/5, dd. 1 juni 1996.
12. Vraagspecificatie. Projectbureau Betuweroute NS Rial Infrabeheer, bIz. 17+ 18+ 19+66.
13. RWS Directie Gelderland, CIME Consultorganisatie en Adviesbureau Arnhem, "Vast
onderhoud in beeld", DAS Noord- en Zuid- Gelderland, september 1994.
14. Rijkswaterstaat: "Meerjaarlijks onderhoud slijtlagen. Tussen bouwen en slopen", 1990.
15. W. Hayden, W.G. Moffat, J. Wulff: "Materialen 3. Mechanisch gedrag", Prisma-
Technica, uitgeverij Het Spectrum, Antwerpen.
16. R.C. Steijn: "Kostenbewust beheer en onderhoud van kunstwerken,
probleeminventarisatie en onderzoeksvoorstellen", TU- Twente, Civiele Technologie &
Management, juni 1993.
17. Dienst Weg- en waterbouw. "Meerjarenplanningssysteem verhardingsonderhoud IVON" ,
DWWijzer nummer 26, Delft, 1994.
18. C. Roskam: "Evaluatie van schadebeelden aan betonnen kunstwerken", TU-Delft, juli
1994.
19. British Standard BS7361:1991-part 1: "Cathodic Protection".
20. R.L. Pawson: "Close Interval Potential Surveys- Planning, Execution and Results",
Materials Performance, vol. 37, no. 2, februari 1998.
21. J .M. Leeds: "Traditional CIPS aboveground survey collects unneeded data", Pipe line &
Gas Industrie, juni 1998, bIz. 25-31.
22. K.C. Lax,L. Csizinszky: "Survey Techniques to Locate Coatings Defects and Measure
Pipe-to- Soil potentials", Symposium "Buizen of barsten", Ede, 18 juni 1996.
175

10. KEUZES IN DE ONTWERPF ASE
OpvaIlend bij de meeste ontwerpen van ondergrondse tunnels, waar de toepassing van staal of
staalbeton als altematief voor beton wordt gepresenteerd, is dat deze uitgaan van een overdikte
van de stalen plaat in combinatie met een coating en toepassing van KB plus een corrosiemonitoringssysteem.
Nederlandse voorbeelden van genoemde ontwerpvarianten zijn:
de stalen buistunnel te Woudsend
de stalen voetgangerstunnel te Heeg
de tweede Coentunnel, SBS variant
de studievarianten van de tweede Heinenoordtunnel.
Het resultaat van al die, soms overbodige en kostbare veiligheidsmaatregelen is dat de
staalvariant, vanuit de onzekerheid omtrent het corrosiegedrag van de constructie onder de
grond, volkomen onterecht ter zijde wordt gelegd.
Uitgaand van dit gegeven zal in dit hoofdstuk worden geprobeerd om, aan de hand van een
voorbeeld uit de praktijk, een inzicht te geven in de te volgen wijze voor de evaluatie van:
de aantasting van staal in een bepaalde bodemsituatie
de te treffen voorzorgsmaatregelen ter voorkoming van schaden als gevolg van corrosie en
de globale kosten die uit deze maatregelen voortvloeien.
10.1 Keuzes in de ontwerpfase
De optimale keuze van de beschermende maatregelen tegen corrosie (coatings, KB, corrosietoeslag
of een combinatie ervan) in de ontwerpfase wordt voomamelijk bepaald door:
1. De agressiviteit van de bodem waarin de ondergrondse constructie zal komen te liggen.
2. De (vooropgestelde) economische belangen (ontwerplevensduur, exploitatie- en onderhoudskosten,
budget, etc.).
3. De eisen met betrekking tot de constructieve veiligheid afhankelijk van het type constructie.
4. De bereidheid van de opdrachtgever om zekere risico's, als gevolg van het optreden van
corrosie in de tunnelwand tijdens de gebruiksfase, wel of niet te accepteren.
5. De gewenste of vereiste betrouwbaarheid van het ontwerp (betrouwbaarheidsindex van de
constructie ).
Ad2 Overeenkomstig [1] dient men in het ontwerp rekening te houden met een "referentieperiode"
van circa 100 jaar voor rail- wegverkeerstunnels en van 50 jaar (in overleg
met de opdrachtgever) voor andere type tunnels. am de investeringskosten laag te
Ad3
houden kan bijvoorbeeld in het ontwerp rekening worden gehouden met kleinschalig
preventief onderhoud tijdens de referentieperiode.
In geval van stalen tunne1constructies wordt er hier vanuit gegaan dat voor de buitenste
stalen wand, gezien de functie, het belang en de mogelijke gevolgen van bezwijken,
dezelfde veiligheidseisen gelden als voor de hoofddraagconstructie. Gerelateerd
aan de "algemene uiterste grenstoestanden van de constructie" (zie [2]) en afhankelijk
van het type tunnel kan de tunnelwand dus in de veiligheidsklasse 2 (voor wildtunnels
of tunnels voor onbemand vervoer) of in de klasse 3 (voor aIle andere typen tunnels)
worden ingedeeld.
176

Ad4
AdS
Zo kan, in geval van pijpleidingen, "vervoerbuizen", vaten, ondergrondse voorraadtanks,
etc. het optreden van "pittingcorrosie", vanwege het gevaar voor lekkages, volkomen
onacceptabel zijn. In dergelijke gevallen zal men geen risico's nemen (100%
betrouwbaarheid) en de meest effectieve beschermende maatregelen strikt handhaven.
Bij andere staalconstructies, zoals bijvoorbeeld bij tunnels in het algemeen, is de sterkte
van de constructie het voomaamste criterium en is dus het optreden van "egale corrosie"
veel belangrijker. In bepaalde gevallen echter, bijvoorbeeld bij tunnels voor
langzaam verkeer (voetgangers, wild, fietsers, etc.), zou men een minder streng ontwerpalternatief
kunnen kiezen.
Voor alle typen tunnelconstructies wordt hier aangenomen dat de betrouwbaarheidsindex
(zie referentie [1]) voor de tunnelwand 3,6 bedraagt. Met betrekking tot de "uiterste
grenstoestand voor lekkages", onder andere van belang voor het wel ofniet accepteren
van "pittingcorrosie" (m.a.g. mogelijke perforaties in de wand, tenzij in het
ontwerp met tussentijdse reparaties rekening wordt gehouden) wordt hier aangenomen
dat het optredend lekdebiet niet meer dan 0,ll1m2/dag bedraagt, volgens [1].
10.2 Beslissingsmatrix
Gebaseerd op de gegevens uit hoofdstuk 4 (tabel 7), en in de literatuur, is een beslissingsmatrix,
samengesteld voor nieuw te bouwen ondergrondse staalconstructies (zie tabel 27). Met behulp
hiervan is het in principe mogelijk om, tijdens de ontwerpfase van een ondergrondse staalconstructie,
passende (beschermende) maatregelen te treffen die voldoende garantie geven voor het
probleemloos bereiken van de gewenste ontwerplevensduur tegen de laagste investeringskosten.
In deze matrix wordt de keuze van de, in een bepaalde grondsituatie, te nemen beschermende
maatregelen afhankelijk gesteld van de (gewenste) betrouwbaarheid van het ontwerp (betrouwbaarheidsindex
van de constructie, etc.) en van de bereidheid van de constructie-eigenaar om zekere
risico's, als gevolg van het optreden van corrosie in de tunnelwand tijdens de refrentieperiode,
wel of niet te accepteren. Terwille van de eenvoud wordt in de matrix slechts met drie
"betrouwbaarheidscategorieen" (A, B en C) gewerkt welke, naar gelang het te betrekken
betrouwbaarheidsaspect, van het programma van eisen (lekkage, stijfheid, vervormingen,
kosten, etc., zie [1]) of de gestelde economische eisen (of wensen) anders kunnen worden
gedefinieerd, zoals bijvoorbeeld:
Categorie A= - Gedurende de gehele ontwerplevensduur van de constructie mag, tengevolge
van corrosie, geen tussentijds onderhoud aan de tunnelwand worden
gepleegd (100% betrouwbaarheid).
- De kans dat gedurende de referentieperiode de ontwerpeisen ten aanzien van
de aspecten economie, duurzaamheid, functieverlies en lekkages worden
overschreden moet verwaarloosbaar klein zijn.
- De kans dat de betrouwbaarheidsindex 3,6, gedurende de gestelde referentieperiode,
wordt overschreden moet zeer klein zijn.
Categorie B= - Als categorie A maar nu accepteert men een lichte afname van de wanddikte
door corrosie en is men bereid om (zo nodig) tussentijdse periodieke
kleinschalige reparaties aan de tunnel wand uit te voeren.
Categorie C= - Als categorie A maar nu accepteert men een zekere wanddikte afname door
corrosie en is bereid om (zo nodig) tussentijdse periodieke (b.v. elke 10jaar)
reparaties aan de tunnelwand uit te voeren.
177

Opmerkingen:
- De in de matrix vermeldebeschermendemaatregelenzijn slechtsbedoeld voor die delen van
de tunnelconstructie die in rechtstreekscontact staan met de omgevendegrond (dus specifiek
voor de tunnel wand en de eventuele ingegraven appendages). De matrix is dus niet van toepassing
voor, bijvoorbeeld, de hoofddraagconstructie en andere staalelementen aan de binnenzijde
van de tunnel; hiervoor gelden uiteraard andere corrosiewaarden.
- In geval van een "zeer agressieve" of "bijzonder agressieve" grond geldt dat men altijd beschermende
maatregelen moet treffen (bij voorkeur coatings en KB).
- In geval van betrouwbaarheidscategorie C zal in de meeste gevallen gelden, dat de eerste
onderhoudsbeurt niet eerder dan 10 tot 20 jaar, na de aanleg, plaats zal vinden.
- Bij de beslissing: corrosietoeslag aan de staalconstructie geven ofhet staaloppervlak van een
coating voorzien wordt in de matrix, zuiver op economische gronden, de voorkeur gegeven
aan het eerstgenoemde altematief. Ter vergelijking: Het toepassen van 1 mm dikkere stalen
plaat (levensduurverlenging van 5 tot 10 jaar) kost slechts circa f 200,- per strekkende meter
tunnel (0= 6 m). Het coaten van dezelfde tunnelwand zou ongeveer f 720,- per strekkende
meter kosten.
Dit geldt eveneens bij de keuze tussen het coaten van het staal ofhet toepassen van KB.
Tabel 27.Beslissingsmatrix voor te nemen beschermende maatregelen.
Agressiviteitklasse Betrouw- Altern. Corrosietoe- Coating KB
van de bodem baarheid Code slag
A 1.a . 0 0
Weinig agressief B 1.b \!: 0 0
C 1.c 0 0 0
A 2.a . 0 0
Weinig tot matig agressief B 2.b . 0 0
C 2.c i!) 0 0
A 3.a . 0 0
Matig agressief B 3.b . 0 0
C 3.c . 0 0
A 4.a . . 0
Matig agressieftot agressief B 4.b \,} . 0
B 4.c . \'j 0
C 4.d . 0 0
A 5.a . . \!}
Agressief B 5.b . . 0
C 5.c . i,,> 0
A 6.a . . .
Agressieftot zeer agressief B 6.b . . \,)
C 6.c . . 0
Zeer tot bijzonder agressief A 7 . . .
Verklaring:
. = Toepassing van de beschermende maatregel is noodzakelijk.
,+.} = De beschermende maatregel is optioneel of de kwaliteit daarvan mag minder zijn (b.v. een kleinere
corrosietoeslag aan de tunnelwand geven of een goedkopere coating toepassen).
0 =
178
Beschermende maatregel niet nodig.

10.3 Uitwerking van een praktijkvoorbeeld
Het praktijkvoorbeeld dat hiema wordt behandeld is gebaseerd op een persbericht verschenen in
"De Telegraaf' op 1juli 1998 (zie fig. 44).
Met nadruk zij gezegd dat dit voorbeeld slechts als illustratie is bedoeld. Hiermee wordt geprobeerd
te laten zien hoe men, door de diverse gegevens vermeld in dit rapport te combineren, een
indruk kan krijgen van de agressiviteit van de bodem langs een tunneltraject om vervolgens tot
een beslissing over de te nemen beschermende maatregelen voor de tunnelwand te komen.
10.3.1 Stappenplan
Het schema van figuur 43 laat de standaardprocedure zien die bij dit praktijkvoorbeeld wordt
gevolgd. In principe kan deze werkwijze bij elk type tunnel of andere ondergrondse
staalconstructies, ongeacht de agressiviteit van de omgeving, worden gevolgd.
T
T
T
T
T
T
Stap 1: Verzameling van de grondparameters
Stap 2: Studie van de (geologische) gegevens
(bv. met behulp van de NITG-grondkaarten)
Stap 3: Evaluatie van de bodemagressiviteit
(ANSI, DIN, Redox, Rp, Bodemweerstand, etc.)
Stap 4:
Stap 5:
Stap 6:
Stap 7:
Bepaling van de corrosiesnelheid van staal
Vaststelling van de te nemen maatregelen
(met behulp van de beslissingsmatrix)
Schatting extra kosten a.g.v. de maatregelen
Verwerking van de resultaten in het ontwerp
Figuur 43. Stappenplan ten behoeve van de keuzen in de ontwerpfase van een ondergrondse
constructie.
179

Figuur44. Pcrshericht in Dc Tdegruaf d,d. 1juH 1998,
Stap 1: Verzameling van de groudkarakterlstiekcn c.q. grondparameters..
Fig1.1ur44 laat depIattcgrond van het trajcct zknwaarlangs de geprojec1~rde tmmd l.al topen,
De teks1'[ondorn de ptatwgrond gc-ertvoldocnde infoffi'w.tie()Verde ligging van de tunnel.
De geologische gegcvens van het tunndtrajC\:t en zijrl omgeving kunn(,A.t) worden verz..amdd aan
de hand van de bestaan.de gcologischc kaarten.Voor dit

de Redox-potentiaal van de grond, langs het hele tunneltrajeet, sehommelt tussen 50 en 100
mV (zwak redueerende eondities);
de buffereapaeiteit tot pH 4,3 van de grond sehommelt tussen 200 en 1.000 mmol/kg en
het sulfaatgehalte van de grond is lager dan 200 mg/kg.
Met behulp van de NITG-grondkaarten kunnen verder de volgende gegevens worden afgeleid:
Uit grondkaart nr. 1:
De grondsamenstelling bestaat, voor een groot deel, uit een klei-veenlaag (de dikte van de
veenlaag varieert tussen 50 em en 4 meter).
Uit grondkaart nr. 3:
De specifieke bodemweerstand sehommelt, langs het tunneltrajeet en tot een diepte van 25 meter,
tussen 1.500 en 15.000 a.em
Uit grondkaart nr. 4:
De chlorideconcentratie in het aanwezige grondwater varieert, van plaats tot plaats, tussen 200
en 10.000 mg/I.
Uit grondkaart nr. 5:
De pH van het grondwater varieert tussen 6,5 en 7,5 (neutraal).
Uit grondkaart nr. 6:
Langs het hele trajeet heersen voomamelijk reducerende ("methanogene") condities. Dit betekent,
dat in de grond, Mnz+,Fez+,HzS en methaangas (alle eomponenten in eoneentraties van ca.
1 j.1mol/l)aanwezig (kunnen) zijn.
Stap 3: Evaluatie van de bodemagressiviteit
1. Volgens de "agressiviteitskaart" van het NITG is de grond langs het gehele tunneltrajeet, tot
een diepte van 20 meter, "niet agressief' tot "weinig agressief' voor staal (!).
Gelet op de gegevens vermeld in de andere NITG-kaarten (zie stap 2) lijkt deze eonc1usie, op
zijn minst, twijfelaehtig. Of dit inderdaad het geval is wordt hiema, met behulp van de
evaluatiemethoden en de bijbehorende wegingsfaetoren besproken in hoofdstuk 4, verder
onderzoeht.
2. Uit de waarden voor de bodemweerstandL vermeld in hoofdstuk 4 (tabel 9) en de vele praktijkgegevens
uit de literatuur, is af te leiden dat de grond tot de eategorie "matig eorrosief'
tot "eorrosief' kan worden gerekend.
3. Uit de reducerende condities die in de grond heersen (sehatting Redox-potentiaal tussen -100
en -200 mY) is afte leiden dat de grond ongeveer in de eategorie "matig agressief' zal vallen
(zie tabel10 in hoofdstuk 4) .
4. Uit de praktijkervaringen vermeld in 3.2.1 kan worden geeonc1udeerd dat de agressiviteit
van de grond in de omgeving van Sehiphol tot de eategorie "weinig tot matig agressief' kan
worden gerekend.
181

5. Evaluatie volgens de ANSI-methode (zie tabe15 in hoofdstuk 4)
GrondDarameter Karakteristiek Weeinesfactor (*)
Elektrisehe bodemweerstand 1.500-15.000 a.em =>0 ---- 1
Redox potentiaal 50 -100 mV => 3,5 ---- 3,5
Chemisehe samenstelling : pH 6,5-7,5 =>0 ---- 0
Geen tot sporen sulfiden =>0 ---- 2
Voehtgehalte Grondwater aanwezig => 1 ---- 2
----- -----
Totale wegingsfactor: => 4,5 tot 8,5
Een ANSI-wegingsfaetor van 4,5 tot 8,5 komt ongeveer overeen met een "matig agressieve" tot
"agressieve" ondergrond.
6. Evaluatie volgens de DIN-methode (zie ook tabel 6 in hoofdstuk 4)
GrondDarameter
Grondsoort
Grondstruetuur
Elektrische bodemweerstand
Verticale grondhomogeniteit
Horizontale grondhomogeniteit
Chemisehe samenstelling
V oehtgehalte
Elektroehemisehe potentiaal
Buffercapaciteit tot pH 4,3
Karakteristiek
: Klei en veen
: Homogeen
: 1500-15000 Ohm.em
: Homogeen
(grond omgewoeld)
: Gelijksoortige grond
: pH 6,5-7,5
Sporen sulfiden
Zoutgehalte
: Grondwater aanwezig
: -600/-500 mV (sehatting)
: 200 tot 1.000 mmol/kg
Overall wegingsfactor
Weeinesfactor (*)
=> -2
=> 0
=> -1
=> -1
=> 0
=> 0
=> -2
=> -1
=> -1
=> -1
=> +1
0
0
-1
0
0
0
-1
-1
-1
1
+1
=> -8 tot -4
Volgens tabel 7 (hoofdstuk 4) betekent een overall wegingsfaetor van -8 dat de heersende condities
in de grond als "agressief tot zeer agressief' voor staal moeten worden besehouwd. Een
overall wegingsfaetor van -4 komt ongeveer overeen met de grondc1assifieatie "matig agressief
tot agressief'. Gemiddeld zou de grond langs het gehele tunneltrajeet, volgens deze evaluatiemethode,
als "agressief' kunnen worden besehouwd. Volgens dezelfde tabel is de kans dat
onder deze eondities putvormige aantasting van de tunnelwand plaatsvindt zeer reeel aanwezig.
(*) = De inputgegevens voor de ANSI en DIN evaluatiemodellen hebben een zekere
spreiding. Voar een specifiek tunneltraject zullen deze nader bepaald moeten worden. De
opgestelde geologische kaarten geven hierbij sleehts een glob ale richtlijn.
182

Conclusie over de bodemagressiviteit langs het tunneltraject:
Samenvattend, valt de agressiviteit van de grond langs het tunneltrace, volgens de gehanteerde
evaluatiemethoden en praktijkgegevens, binnen de categorieen:
"niet agressieftot weinig agressief' (volgens NITG-kaart);
"weinig agressieftot agressief' (volgens de elektrische weerstandsmethode);
"matig agressieftot agressief' (volgens de redoxpotentiaal-methode);
"weinig agressieftot matig agressief' (volgens de praktijkervaringen in de regio);
"matig agressieftot agressief' (volgens de ANSI-methode) en
"agressief' (volgens de DIN-methode).
Het is duidelijk dat de bodemagressiviteit langs het tunneltraject, volgens de gangbare evaluatiemethoden,
hoger ligt dan in de "grondagressiviteitskaart" van het NITG wordt aangegeven.
De werkelijke (gemiddelde) agressiviteit zal waarschijnlijk in de (gemiddelde) categorie "matig
agressief tot agressief' vallen. Deze agressiviteitklasse zal hier, bij de verdere behandeling van
het voorbeeld, worden gebruikt. Enkele snelle polarisatieweerstandsmetingenlangs het tunneltraject
(zie 4.7) zouden hier meer duidelijkheid kunnen geven omtrent de werkelijke situatie.
Stap 4: Bepaling van de corrosiesnelheid van staal in de grond
Volgens de gegevens verrneld in tabel 7 corrodeert staal in een grondsoort die "matig agressief
tot agressief' is met een (maximal e) gemiddelde snelheid van ca. 50 Ilm per jaar. Uit de gegeyens
van deze tabel blijkt verder dat de kans dat "pittingcorrosie" onder de heersende condities
optreedt even hoog ligt als de kans voor het optreden van egale corrosie. Uitgaande van een gewenste
levensduur van de snelverkeerstunnel van lOOjaar betekent dit dat, gedurende deze periode,
circa 5 rom van de stalen wand door corrosie zal verdwijnen.
Stap 5: Te nemen (beschermende) maatregelen
Afhankelijk van de gewenste betrouwbaarheidsgraad van het ontwerp, van de toelaatbare
risico's en/of van het beschikbare budget voor het project kan men, in het onderhavige geval (de
grond is matig agressief tot agressief voor staal) tussen de volgende ontwerpalternatieven kiezen
(zie voorgaande beslissingsmatrix):
Alternatief 4.a
(zeer betrouwbaar)
Alternatief 4.b
(betrouwbaar)
Alternatief 4.c
(betrouwbaar)
: Men geeft aan de stalen wand de maximale corrosietoeslag van ca. 5
rom en vervolgens bescherrnt men het staaloppervlak met een coating
van zeer goede kwaliteit. Honderdjaar lang zal aan de buitenzijde van
de tunnelwand geen onderhoud worden gepleegd.
: Men geeft aan de stalen wand een minimale corrosietoeslag van 2 rom
en vervolgens bescherrnt men het staal met een coating van zeer goede
kwaliteit. Rekening moet worden gehouden met tussentijdse
kleinschalige reparaties aan de tunnelwand.
: Men geeft aan de stalen wand de maximale corrosietoeslag van 5 rom
en vervolgens bescherrnt men het staal met een conventionele
(goedkope) coating. Rekening moet worden gehouden met tussen
tijdse kleinschalige reparaties aan de tunnelwand.
Alternatief 4.d : Men voegt aan de nominale plaatdikte van de stalen wand alleen de
(minder betrouwbaar) maximale overdikte van 5 rom toe. Rekening moet worden gehouden
met tussentijds grootschalig onderhoud.
183

Stap 6: Schatting van de kosten t.b.v. de maatregelen
De totale hoeveelheid staal (Gst), nodig voor het vervaardigen van de tunnelbuis, wordt berekend
met behulp van de volgende formule:
Gst = 245 . [ di . (n+c) + (n+c)Z] (in kg / strekkende meter) (15)
waann:
di is de inwendige diameter van de tunne1buis, in dm;
n is de nominale plaatdikte, in dm en
c is de corrosietoeslag of overdimensionering, in dm.
Voor de schatting van deze kosten worden hier de volgende aannames gedaan:
De stalen sleuftunnel heeft een diameter van ca. 6 meter.
De nominale plaatdikte, berekend op grond van de constructieve en veiligheidsaspecten, bedraagt
ca. 7 mm.
De staalprijs bedraagt ca. f 1.500 per ton (inclusieflaswerk en overige bewerkingskosten).
Het uitwendig conserveren van de tunne1segmenten met een coating van uitstekende kwaliteit
(minimale droge laagdikte 500flm) kost ca. f 60,-- per m2 staaloppervlak, dat is ca. f
1.140,-- per strekkende meter tunnelbuis (all-in, inc1usief de voorbehandeling).
Idem met een coating van mindere kwaliteit (minimale droge laagdikte van ca. 200 flm)
kost ca. f 40,-- per m2verfoppervlak, of ca. f 760,-- per strekkende meter tunnelbuis (all-in,
inc1usief de voorbehandeling).
ten behoeve van de eventuele conservering van de tunnel aan de binnenzijde moet men met
een bedrag van circa f 40,-- per m2 verfoppervlak (ca. f 760,-- per strekkende meter tunnelbuis)
all-in, inc1usief de voorbehandeling, rekening houden.
Een mogelijkheid is de, aan de binnenzijde, aan te brengen brandwerende producten (zie
5.6) zo te kiezen dat deze tevens voor de corrosiebescherming kunnen dienen.
Schattingen (per strekkende meter tunneltraject)
In tabel 27 wordt een overzicht gegeven van de geschatte kosten per strekkende meter tunnel
voor de vier altematieven die, voor een matig agressieve tot agressieve grond, in de beslissingsmatrix
worden genoemd.
De schattingen hebben slechts betrekking op de "kale" stalen tunnelbuis, dus zonder vervoer,
het leggen van de segmenten in de grond, etc. (wel inc1usief de reparatie van de beschadigingen
aan het verfwerk, ontstaan tijdens de transport- en montagewerkzaamheden).
Opmerking: In geval van een composiet staalbeton sandwich sleuftunnel zullen de
hoeveelheid staal en het verfoppervlak iets groter zijn dan hier berekend. Dit komt door de
grotere uitwendige diameter van de tunnel.
184

Tabel27. Ruwe schattingen voor de diverse ontwerpaltematieven (per strekkende meter tunnel).
Omschrijving Ontwerpaltematieven
4a 4.a 4c 4d
Corrosietoeslag ca. 5 mm ca. 2 mm ca. 5 mm ca. 5 mm
Totale hoeveelheid staal ca. 1768 kg ca. 1325 kg ca. 1768 kg ca. 1768 kg
Verfoppervlak buitenzijde ca. 19 m2 ca. 19 m2 ca. 19 m2 ca. 19 m2
Kosten stalen wand ca. f 2652 ca. f 1988 ca. f 2652 ca. f 2652
Conserveringskosten ca. f 1140 ca. f 1140 ca. f 760 ..-------
Totale kosten ca. f 3792 ca. /3128 ca. f 3412 ca. f 2652
Stap 7: Verwerking van de resultaten in het ontwerp
Alternatief 4.d is te prefereren boven de andere drie altematieven. Hierbij wordt in het ontwerp
van de stalen sleuftunnel slechts rekening gehouden met een corrosietoeslag van 5 rom; de totale
dikte van de tunnelwand bedraagt dan 12 rom. Er worden geen extra maatregelen genomen,
zuiver op grond van de economische aspecten.
Een voorwaarde is dan wel dat, bij het onderhavige project, de bij dit alternatief behorende risico's
aanvaardbaar moeten zijn.
Indien een hogere graad van betrouwbaarheid is gewenst dan is alternatief 4.b financieel gezien
zeer aantrekkelijk. Bij dit alternatief wordt naast een kleine corrosietoeslag van 2 rom, ook een
coating van zeer goede kwaliteit aan de buitenzijde van de tunnelwand aangebracht.
Wanneer de extra kosten ten behoeve van de bescherming van de buitenzijde van de tunnelwand
aan de globale projectkosten (bekend uit de praktijk) worden gerelateerd blijkt dat, deze
kosten gemiddeld ca. 4% van de totale uitvoeringskosten vormen afhankelijk van het gekozen
altematief en tunnelsoort.
Voor de bescherming van de binnenzijde (en eventueel ten behoeve van de esthetica) moet men
daamaast rekening houden met een extra bedrag van circa f 750,-- per strekkende meter.
In principe is het ook mogelijk om de, eventueel aan deze zijde van de tunnel aan te brengen,
brandwerende bekleding tevens als corrosiewerende laag te gebruiken. Het aanbrengen van de
verflaag wordt dan overbodig.
10.3.2 Conclusiesen commentaarnaar aanleiding van de bevindingen
Op grond van de voorgaande informatie kunnen de volgende algemene conc1usies worden getrokken:
- In de, door het NITG-TNO opgestelde, grondkaarten ontbreken belangrijke gegevens die
nodig zijn voor het (nauwkeuriger) kunnen schatten van de bodemagressiviteit. Gegevens
zoals de Redox-potentaal, de polarisatieweerstand, de buffercapaciteit en het totale zoutgehalte
zouden een zeer goede aanvulling op de huidige grondkaarten kunnen zijn.
- De extra uitgaven ten behoeve van de beschermende maatregelen bij toepassing van stalen
tunnels kunnen, door het nemen van de juiste beslissingen in de ontwerpfase, aanzienlijk
worden verlaagd. In de huidige praktijk wordt vaak uitgegaan van te hoge kosten voor stalen
tunnels omdat met overbodige beschermende maatregelen rekening wordt gehouden.
185

- De extra kosten ten behoeve van de beschermende maatregelen aan de buitenzijde van de
tunnelwand zuHen, voor een stalen sleuftunnel met een diameter van 6 m langs het, in dit
voorbeeld, aangegeven traject waarschijnlijk in de buurt van fl 1.100 tot fl 2.200 per strekkende
meter liggen (afhankelijk van het gekozen ontwerpaltematief).
Met behulp van de ontwerpgegevens van de werkgroep M-614 zou, voor een bepaald tunnelontwerp,
kunnen worden berekend op welk aandeel het bedrag van deze maatregelen van de
totale uitvoeringskosten van het tunnelproject neerkomt.
Voor veel ontwerpen zal dit naar schatting binnen 4% van de totale investeringsnorm liggen.
- In COB project M-352 is een bedrag van f 840,-- per strekkende meter in de begroting opgenomen
voor de conservering van de buitenzijde van de sleuftunnel. In de dikte voor de stalen
buis is hier enige marge (1-2 mm) aanwezig voor staalopoffering. Deze aanpak lijkt
enigszins op alternatief 4.b van de beslissingsmatrix (het gereserveerde bedrag voor de
coating lijkt echter wel aan de krappe kant). Voor de binnenzijde wordt aangenomen dat de
brandwerende bekleding tevens dienst doet als corrosiebescherming
10.4 Literatuur
1. J.W.P.M. Brekelmans: "M-611 Eisen te steHen aan stalen en composiet staalbeton tunnelconstructies",
COB-Rapport 97-CON-R1124/5-2, d.d. januari 1999.
2. NEN 6700 (TGB-Algemene Basiseisen), paragraaf 5.3.4 en NEN 6702 (TGB-Belastingen
en Vervormingen), paragraaf 5.1.
186

BIJLAGE A
CORROSIE-RISICOKAARTEN (6X) EN VERKLARENDE TOELICHTING
Drie belangrijke geologische regio's in Nederland.
Op basis van geomorfologie en de verbreiding van geologische formaties is Nederland opgedeeld
in drie belangrijke regio's. In het laag Nederland ligt de holocene Westland Formatie aan
de oppervlakte. Het gebied wordt gevormd door duinen langs de kust met daarachter voomamelijk
veen en marine kleiafzettingen. Het holoceen is het jongste tijdvak van de aardgeschiedenis
en omvat de laatste 10.000 jaar, de periode waarin Nederland geleidelijk aan zijn huidige
vorm verkreeg.
Het tweede gebied is het rivierengebied waar de Betuwe Formatie, eveneens holoceen in ouderdom,
aan de oppervlakte ligt.
Het gebied ligt in oost- en midden Nederland en de ondiepe ondergrond bestaat hier hoofdzakelijk
uit klei'ige rivierafzettingen.
Het derde gebied omvat de rest van Nederland en wordt hoog Nederland genoemd.
Dit gebied bestaat hoofdzakelijk uit zandige afzettingen met een ouderdom van Pleistoceen. Dit
is de periode tussen 2,3 miljoen en 10.000 jaar geleden die vooral gekenmerkt wordt door het
voorkomen van ijstijden.
Deze driedeling is gekozen omdat het geo-chemische milieu van de ondergrond van Nederland
in directe relatie staat tot de lithologie (=grondsamenstelling) en de mineralogische
samenstelling.
Geologische factoren in Nederland en corrosie.
De Nederlandse ondergrond is volledig opgebouwd uit sedimenten die door zee, rivieren, ijs of
wind zijn afgezet. De chemische samenstelling van deze sedimenten varieert naar gelang hun
oorsprong en ontstaansgeschiedenis. In het algemeen wordt de chemische samenstelling door
slechts enkele componenten bepaald. De voomaamste zijn: kwarts en veldspaten, kleimineralen,
carbonaatmineralen, organische stof en pyriet.
De belangrijkste geologische factoren die invloed hebben op de geochemische processen en op
de daarmee samenhangende corrosierisico' s bij het aanbrengen van staal in de ondergrond zijn:
mineralogische samenstelling van het sediment (kwarts, klei, veen)
kalkgehalte en schelpen
veen
drainage en grondwaterpeil
infiltratie, kwel en zoutgehalte
verdeling van afsluitende kleilagen.
In laag Nederland vinden we voomamelijk mariene sedimenten bedekt door veen. De
hoofdcomponent is klei (AI en Si rijk ). Vaak zijn deze sedimenten carbonaathoudend dankzij
de aanwezigheid van schelpen. Op plaatsen waar veen aangetroffen wordt, vindt men ook vaak
pyriet (FeS2). Dit is gevormd als gevolg van reductie van het in zeewater aanwezige sulfaat door
organische stof tot sulfide. Het zo ontstane sulfide reageert zeer snel met ijzerhoudende mineralen
waarbij pyriet gevormd wordt.
187

Op plaatsen waar carbonaatmineralen worden aangetroffen zal de zuurgraad (PH) gebufferd
worden. De pH zal meestal niet lager dan 7.5 worden. Lage pH-waarden (lager dan 3) treden op
wanneer pyriethoudende sedimenten worden blootgesteld aan oxydatie. Oxydatie vindt vaak
plaats door verbeterde drainage, verIaging van het grondwaterpeil in bijvoorbeeld polders,
aanleg van grote infrastructure Ie werken. Het pyriet reageert dan met zuurstof onder vorming
van zwavelzuur. Dit proces kan gebufferd worden door kleimineralen. Hierdoor komt o.a. aluminium
vrij in het grondwater. Omdat pyriet vaak zware metalen bevat zoals arseen, zink en
nikkel be staat ook kans dat deze in het grondwater komen. Echter, ijzerhydroxydes (het zgn. ijzeroer),
die vaak gevormd worden op het grensvlak tussen water en lucht kunnen veel van deze
zware metalen weer binden. In veengebieden in de kuststreek zal de pH meestal gebufferd zijn
door carbonaatmineralen of door kwel van zeewater. In het geval van infiltratie van regenwater
in veengebieden zal bij afwezigheid van carbonaatmineralen de pH dalen tot die van het regenwater
(pH 3-5 ). In het geval van aerobe afbraak van organische stof zal de pH verder dalen
omdat er dan CO2 gevormd wordt die oplost in het grondwater.
Met betrekking tot corrosie kan gesteld worden dat grondwaterinfiltratie gebieden en polders
zeer corrosief kunnen zijn. Gebieden met kwel zijn ook zeer corrosief vanwege het hoge chloride
gehalte. In de overige gebieden zal het corrosierisico laag zijn omdat vaak de pH gebufferd
is en er vaak afsluitende kleilagen aanwezig zijn.
Parameter Laag Nederland
Klei en veen tot 8m. Veen en kleilagen plaatselijk zeer dik.
Bodernagressiviteit bij 20 m diepte Enkele duidelijke begrensde gebieden met verhoogde agressiviteit.
Bodemweerstand Over het algemeen laag.
Chloride-gehalte Sterk variabel, zelfs over korte afstand.
Zuurgraad Neutraal oflicht alkalisch.
Redoxtoestand Fe- anoxysch ofmethanogeen.
In het rivieren gebied vinden we vooral zoetwaterkleien in de kommen (komkleien) en zanden
met variabele korrelgrootte gehaltes. Organische stof gehaltes kunnen oplopen tot 20 % in de
klei en tot 5 % in het zand. Door de hoge gehaltes aan organische stof kan er door fermentatie
plaatselijk methaangas gevormd worden.
Door aanwezigheid van carbonaatmineralen in de kleiafzettingen is de pH meestal gebufferd. In
de grofzandige pakketten is meestal de pH niet gebufferd.
In geval van infiltratie van regenwater zal de pH dan ook kunnen dalen tot pH=4.
Echter de alkaliteit (buffercapaciteit) van dit water zal zeer gering zijn. De aanwezigheid van
maar zeer weinig ijzerhydroxydes of carbonaat zal er dan ook voor zorgen dat de pH gebufferd
wordt. Het corrosierisico zal in het kleigebied laag zijn vanwege de gebufferde pH en de afwezigheid
van chloride. In zandige gebieden zal het corrosie risico aanmerkelijk hoger zijn van-
188

wege de lagere pH en het hoge zuurstofgehalte. In zandige kwelgebieden kunnen ijzerhydoxyden
neerslaan waardoor de pH daalt en ijzer-oxyderende bacterien staal kunnen aantasten.
Klei en veen tot 8m
Parameter Hoog Nederland
Klei en veen tot 8m Zeer beperkt voorkomen van veen en klei.
Bodemagressiviteit 20m Enkele duidelijk begrensde gebieden met verhoogde agressiviteit.
Bodemweerstand
Chloride-gehalte
Zuurgraad
Redoxtoestand
Parameter Rivierengebied
Bodemagressiviteit bij 20m diepte
I
Plaatselijk wat rivierklei, nauwelijks veen.
Slechts lokaal verhoogde agressiviteit als gevolg van beperkte klei- en
veenvoorkomens.
Bodemweerstand Sterk wisselend. Over het algemeen laag
Chloride-gehalte Zoet, meestal < 50 mg ClIl
Zuurgraad Meestal neutraal of alkalisch
Redoxtoestand Suboxysch of Fe-anoxysch
Hoog Nederland bestaat uit pleistocene zandige afzettingen. Dit zand bevat geen kalk en heeft
(dus) een geringe buffercapaciteit. Op het grensvlak grondwater/lucht kan in kwelgebieden ijzeroervorming
plaatsvinden. Door deze ijzeroxidatie kan de pH plaatselijk dalen. In infiltratie
gebieden is in het algemeen de pH laag omdat het CO2 wordt toegevoegd. Deze sedimenten zijn
over het algemeen licht zuur en kunnen zuurstof bevatten waardoor ze oxyderend kunnen werken.
Het corrosie-risico zal hoog zijn, met name in kwelgebieden.
Over het algemeen hoog.
Zoet, meestal < 50mg ClI!.
Sterk variabel, afhankelijk van lokale omstandigheden.
Varierend van (sub)oxysch tot sulfaatreducerend.
Zoals reeds in het eerste hoofdstuk 4 van deze notitie is vermeld is, bij het beoordelen van de
bodemagressiviteit, niet alleen de grondsamenstelling van belang. Bodemagressiviteit is geen
eigenschap die zich exact laat definieren zoals soortelijke massa of zuurgraad, maar moet omschreven
worden in afhankelijkheid van verschillende omstandigheden. De mate waarin corrosie
zal optreden is, voor wat het omgevende milieu betreft, afhankelijk van een aantal kenmerken
die vooral worden bepaald door de interactie bodemskelet-grondwater- oppervlaktewateratmosfeer-menselijk
ingrijpen. Daarnaast zal men bij de beoordeling van de bodemagressiviteit
189

ekening moeten houden met de aard van het aan corrosie blootgestelde object. En hierbij hoeft
niet alleen gedacht te worden aan de staalsamenstelling of - kwaliteit, maar ook aan andere objectgebonden
eigenschappen zoals zwerfstromen, trekspanningen, trillingen, temperatuurvariaties
en lasnaden, die onder overigens gelijke omstandigheden, de mate waarin corrosie optreedt
en de aangrijpingspunten daarvan, kunnen be'invloeden.
Het bovenstaande leidt tot de conclusie dat een bodemagressiviteitskaart, slechts gebaseerd
op de samenstelling van de grondsoorten, voor de Nederlandse situatie niet toereikend
is.
Op termijn zou het wellicht mogelijk kunnen zijn om, met behulp van een kwalificatiesysteem
waarbij alle op corrosie betrekking hebbende bodemfactoren een wegingsfactor krijgen (b.v.
volgens de DIN-systematiek), een goed bruikbaar landelijke "bodemagressiviteitskaart" te
maken. Er zal dan echter meer kennis moeten zijn van de relevantie van de verschillende
parameters en de onderlinge be'invloeding.
190

TNO-rapport
NITG 97-136-8
Samenvatting
Corrosie-risicokaarten
De ondergrond van Nederlands is variabel van opbouw. In de ijstijden opgestuwd
zand in hoog Nederland, jonge mariene kleien en veen in de kuststreken en een
complexe opbouw met kleiige rivierafzettingen in het gebied van de grote rivieren
geven in zeer grove lUnen een beeld van de enorme verschillen.
Daarnaast is er een voortdurende interactie tussen de grondlagen en het daarin
aanwezige grondwater, waarvan de eigenschappen bovendien sterk bepaald
worden door invloeden uit de atmosfeer, door de relatie met het oppervlaktewater
en door het ingrijpen van de mens.
Dit ingewikkelde samenspel bepaalt een aantal karakteristieken waarmee bij het
aanbrengen van stalen constructies onder de grond rekening zal moeten worden
gehouden. Vanuit die gedachte is, op basis van bestaande gegevens, een zestal
kaarten samengesteld die van enkele relevante kenmerken globaal de ruimtelijke
variatie inzichtelUk maken.
191

TNO-rappart
Carras; e- risicakaarten
NITG 97-136-B 11
192
Inhoud
1 Inleiding... ., ... ... " , 1
2 De ondiepe geologie van Nederland 2
2.1 Invloed ondergrond op corrosie van staaL 2
2.2 Drie belangrijke geologische regio's in Nederland 2
2.3 Geologische factoren in Nederland en eorrosie 3
3 Toelichting bij de kaarten 4
3.1 Toelichting bij Kaart 1: Klei-en veenkaart van Nederland 4
3.2 Toeliehting bij Kaart 2: Bodemaggressiviteitsklassen in het
dieptebereik 19-21m onder het maaiveld 5
3.3 Toelichting bij Kaart 3: Bodemresistiviteit in het dieptebereik
0-25m onder maaiveld " 6
3.4 Toelichting bij de Kaart 4: Chloride-concentratie van het
grondwater 8
3.5 Toelichting bij Kaart 5: Zuurgraad van het grondwater 8
3.6 Toelichting bij de Kaart 6: Redoxtoestand van het grondwater 9
4 Discussie .., .." 11
5 Cone \usies en aanbeve lingen ; 14

TNO-rapport
NITG 97-136-B
1 Inleiding
Corrosie-risicokaarten
Op basis van onze aanbiedingsbrief GI-H97364 heeft de afdeling Hoogovens
Research & Development het NITG- TNO opdracht verleend zes kaarten (schaal
1:1.000.000) samen te stellen, waarop aspecten die samenhangen met de opbouw
van de ondergrond en die van belang zijn voor de beoordeling van corrosierisico's
ruimtelijk worden weergegeven.
Corrosie is het proces van aantasting van metalen door een chemische of
elektrochemische reactie met componenten uit het milieu. Bij de analyse van het
corrosierisico van leidingen en pijpen in de grond is een aantal factoren van groot
belang, zoals de grondsoort (klei, zand, veen of kalk), de elektrische
bodemweerstand, de hydrochemische gesteldheid van de grondlaag (chloridegehalte,
zuurgraad, redoxstatus) en het water- en zuurstofgehalte. De grondsoort
definieert globaal en indirect de korreltextuur van de grond en de mineraalinhoud.
Grondwaterstand en grondsoort zijn bij de corrosie-risicoanalyse belangrijke
uitgangsgegevens.
Bij dit rapport worden de volgende kaarten met toelichting geleverd:
Kaart 1 : Klei- en veenkaart voor het dieptebereik van 0-8m onder maaiveld
Kaart 2 : Bodemagressiviteitsklassen in het dieptebereik 19-21m onder maaiveld
Kaart 3 : Bodemresistiviteit in het dieptebereik 0-25m onder maaiveld
Kaart 4 : Chloride-concentratie van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld
Kaart 5 : Zuurgraad van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld
Kaart 6 : Redoxtoestand van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld
193

TNO-rapport
Corrosie-risicokaarten
NITG 97-136-8 2
194
2 De ondiepe geologie van Nederland
2.1 lnvloed ondergrond op corrosie van staal
De Nederlandse ondergrond is over het algemeen te beschouwen als een agressief
medium voor staal. De voornaamste parameters die effect hebben op corrosie zUn
saliniteit (chloridegehalte), zuurstofgehalte en zuurgraad van het grondwater. Een
hoge saliniteit zal, omdat de elektrische geleiding van het porienwater groter
wordt, de aantasting van staal bevorderen. Een lage zuurgraad zorgt voor directe
oplossing van het staal en (opgelost) zuurstofzorgt voor roestvorming en zal
daardoor een katalyserende werking hebben op de corrosie van staal. Zowel de
fysische (doorlaatbaarheden, porositeit) als de chemische (klei-, zand-, carbonaat-,
organische stof- en pyrietgehalte) en de biologische (microbiele activiteit)
samenstel1ing kunnen deze parameters be'invloeden. Ook de hydrologische
omstandigheden van een gebied, en met name of er sprake is van een kwel- of een
infiltratiegebied, hebben invloed op deze parameters.
De fysische samenstelling heeft een directe relatie tot de snelheid waarmee
grondwater zich kan verplaatsten. Maar daarnaast is dit bepalend voor de mate
waarin een grondlaag ge'isoleerd is van andere grondlagen. Een kleilaag tussen
twee watervoerende zandpakketten is van grote invloed op het grondwatergedrag.
In een gebied met veel kleilagen zuBen infiltratie of kwel van grondwater minder
invloed hebben dan in een gebied met een overwegende zandige samenstelling. In
een gebied met zand dat weinig organische stof bevat zal zuur, zuurstofrijk
regenwater diep kunnen infiltreren en staal tot op grote diepte kunnen aantasten.
De geochemische (vaste stot) samenstelling van de grond heeft een directe invloed
op de pH en het zuurstofgehalte van het grondwater. De pH kan gebufferd worden
door aanwezigheid van carbonaten. Organische-stofgehalte en biologische afbraak
van organische stof bepalen de redox-condities in de ondergrond. Pyriet kan in een
infiltratiegebied gaan oxideren waardoor er lokaal zeer lage pH's kunnen ontstaan.
Nagenoeg aile reacties in de ondergrond worden gekatalyseerd door bacterien,
waarbij de afbraak van organische stof de motor van het proces is. Met name
onder oxische omstandigheden (bij aanwezigheid van zuurstof) kan dit de corrosie
van staal versnellen. Het zuurstofverbruik aan kathodes voor kathodische
bescherming verloopt sneller in de aanwezigheid van bacterien (TNO rapport
6.21.6.7254). Sulfaat-reducerende bacterien kunnen door de produktie van sulfide
lokaal elektrochemische condities zodanig veranderen dat de corrosie toeneemt.
2.2 Drie belangrijke geologische regio's in Nederland
Op basis van geomorfologie en de verbreiding van geologische formaties is
Nederland opgedee!d in drie belangrijke regio's. In het laag Nederland ligt de
holocene Westland Formatie aan het oppervlak. Het gebied wordt gevormd door
duinen langs de kust met daarachter voornamelijk veen en mariene kleiafzettingen.
Het Holoceen is hetjongste tijdvak van de aardgeschiedenis en omvat
de laatste 10.000 jaar, de periode waarin Nederland geleidelijk aan zijn huidige
vorm verkreeg. Het tweede gebied is het rivierengebied waar de Betuwe Formatie,
eveneens holoceen in ouderdom, aan het oppervlak !igt.

TNO-rapport
NITG 97-136-8
Co rrosie-ri sicokaarten
Het gebied ligt in oostelijk en midden Nederland en de ondiepe ondergrond bestaat
hier hoofdzakelijk uit kleiige rivierafzettingen. Het derde gebied omvat de rest van
Nederland en wordt hoog Nederland genoemd.
Dit gebied bestaathoofdzakelijk uit zandige afzettingen met een ouderdom van
Pleistoceen. Dit is de periode tussen 2,3 miljoen en 10.000 jaar geleden die vooral
gekenmerkt wordt door het voorkomen van ijstijden.
Deze driedeling is gekozen omdat het geochemisch milieu van de ondergrond van
Nederland in direkte relatie staat tot de lithologie (=grondsamenstel1ing) en de
mineralogische samenstelling.
2.3 Geologische factoren in Nederland en corrosie
De Nederlandse ondergrond is vol1edig opgebouwd uit sedimenten die door zee,
rivieren, ijs of wind zijn afgezet. De chemische samenstelling van deze
sedimenten varieert naar gelang hun oorsprong en ontstaansgeschiedenis. In het
algemeen wordt de chemische samenstelling door slechts enkele componenten
bepaald. De voornaamste zijn: kwartS en veldspaten, kleimineralen,
carbonaatmineralen, organische stof en pyriet. .
De belangrijkste geologische factoren die invloed hebben op de geochemische
processen ZlJn:
- mineralogische samenstelling van het sediment (kwarts, klei, veen)
- kalkgehalte en schelpen
- veen
- drainage en grondwaterpeil
- infiltratie, kwel en zoutgehalte
- verdeling van afsluitende kleilagen.
De invloed van deze geologische factoren op de geochemische eigenschappen en
daarmee samenhangend de corrosierisico's bij het aanbrengen van staal in de
ondergrond worden in de volgende hoofdstukken toegelicht.
195
""'I j

TNO-rapport
NITG 97-136-B
196
3 Toelichting bij de kaarten
Corrosie-risicokaarten
De bij dit rapport geleverde kaarten zijn gebaseerd op verschillende typen
gegevens van het Nederlands lnstituut voor Toegepaste Geowetenschappen TNO
(NITG- TNO) en het Rijks lnstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiene
(RIVM). Het betreft vooral geologische boringen, elektrische weerstandmetingen
en analyses van grondwatermonsters.
Er zijn 6 kaarten samengesteld en als bijlagen in dit rapport opgenomen:
Kaart 1 : Klei- en veenkaart voor het dieptebereik van 0-8m onder maaiveld
Kaart 2 : Bodemagressiviteitsklassen in het dieptebereik 19-21m onder maaiveld
Kaart 3 : Bodemresistiviteit in het dieptebereik 0-25m onder maaiveld
Kaart 4 : Chloride-concentratie van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld.
Kaart 5 : Zuurgraad van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld
Kaart 6 : Redoxtoestand van het grondwater op 9 en 25m onder maaiveld
Ten behoeve van Kaart 1 is het voorkomen van klei en veen in Nederland tot een
diepte van 8 meter geinventariseerd. BU Kaart 2 is uitgegaan van de
grondsamenstelling binnen het dieptebereik van 19 - 21 m waaruit vervolgens een
bodemagressiviteitsklasse is afgeleid. Kaart 3 is samengesteld op basis van geoelektrische
metingen en geeft een landelijke indruk van de soortelijke elektrische
weerstand van de ondiepe sedimenten. Kaart 4, 5 en 6 zijn gebaseerd op data
afkomstig van het landelijk meetnet grondwaterkwaliteit (LMG) van het
Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiene (RIVM). Dit meetnet
bestaat uit ca. 350 waamemingsputten die gelijkmatig over Nederland zijn
verspreid. De positie van de waamemingsputten is bepaald door een combinatie
van de drie factoren landgebruik, geohydrologie en bodemtype. Voor dit
onderzoek zijn de gegevens van de filters op de dieptes van :l:9men :l:25m onder
maaiveld uit 1992 gebruikt.
3.1 Toelichting bij Kaart 1: Klei- en veenkaart van Nederland
De Klei- en veenkaart van Nederland geeft een regionale indruk van de
samenstelling van de ondergrond tot 8 meter onder maaiveld. De gebieden waar
zich binnen dit bereik in totaal meer dan 5 meter klei en veen bevinden zijn op de
kaart weergegeven. Binnen het in kaart gebrachte gebied is vervolgens een
onderverdeling gemaakt in drie categorieen, afhankelijk van de verhouding in
dikte tussen de klei- en de veenlagen. Hierdoor ontbreken op deze kaart de resten
van de eens zo uitgebreide hoogveen gebieden van Oost-Groningen en Drente.
Ook andere bekende veengebieden, zoals de Peel (hoogveen) en Overijssel
(laagveen), zijn niet weergegeven. In al deze gevallen is de dikte van de
veenpakketten, samengenomen met de tussen- en onderliggende kleilagen, minder
dan 5 meter.
Bij de opbouw van deze kaart zijn alleen klei- en veenafzettingen van holocene
ouderdom in beschouwing genomen.
4

TNO-rapport
NITG 97-136-B
C orrosie-risicokaa rten
Het hieronder aanwezige pakket heeft meestal een ouderdom van Pleistoceen en
bestaat vooral uit zand. Klei en veen komen in deze oudere afzettingen slechts
verspreid en in dunne lagen voor. In Noord-Nederland kan lokaal de potklei van
de pleistocene Formatie van Peelo aan de oppervlakte voorkomen en een dikte van
enkele meters bereiken.
Andere pleistocene kleien worden zeer lokaal in Brabant (Formatie van Kedichem
bij Breda en Formatie van Tegelen bij Roosendaal)) en Limburg (Formatie van
Tegelen in Zuid-Limburg en bij Tegelen) dicht onder de oppervlakte aangetroffen.
Nog oudere klei in aanzienlijke dikte komt in de Achterhoek ten Oosten van
Winterswijk aan de oppervlakte. Deze zgn. Boomse klei, behorende tot de
Formatie van Rupel, is afgezet in het Oligoceen (geologisch tijdperk tussen 23 en
35 miljoenjaar geleden). De pleistocene en oudere kleien, evenals de sporadisch
voorkomende venen van hogere ouderdom, zijn veelal sterk gecompacteerd en
verschillen in geochemische en geotechnische eigenschappen sterk van de
holocene equivalenten in West Nederland.
Omdat in grote delen van Nederland veen in beperkte dikte aan de oppervlakte of
dicht daaronder voorkomt laat de als Kaart I opgenomen klei- en veenkaart een
ander beeld zien dan de bodemkaart van Nederland. Voor de bodemkaart wordt de
ondergrond tot I.20m diepte in beschouwing genomen en is er geen directe relatie
tot de complicaties die te verwachten zijn bij het aanbrengen van ondergronde
constructies. Onder een veenlaag van een meter dikte kan zich op de ene plaats een
pleistoceen zandpakket bevinden, terwijl op een andere plaats de veenlagen zich
nog enkele meters in de diepte voortzetten en vervolgens overgaan in een pakket
humeuze klei.
Er wordt veelal van uitgegaan dat in veengebieden het grondwater een lage pH
heeft, en in veel gevallen, met name in hoogveen gebieden zal dat zo zijn. [n
gebieden waar het ontstaan van het veen in sterke mate onder mariene invloed
stond kunnen schelphoudende inschakelingen in de bodemopbouw echter een
zodanige verhoging van het kalkgehalte tot gevolg hebben dat door bufferwerking
het grondwater een neutrale zuurgraad heeft.
3.2 Toelichting bij Kaart 2: Bodemaggressiviteitsklassen in het
dieptebereik 19-21m onder het maaiveld
Bij de totstandkoming van deze kaart is de grondsamenstelling binnen het
dieptebereik van 19 tot 21 meter onder maaiveld in beschouwing genomen. De
percentuele verde ling van de samenstellende grondsoorten kalk, zand, klei en
humus (veen) is vervolgens omgezet naar een "bodemagressiviteitsklasse" volgens
het schema dat deel uitmaakt van de DIN50929 norm. Dit schema, in feite een
regelmatig viervlak waarin driedimensionaal agressiviteitsgebieden zijn
gedefinieerd, gaat uit van een sterk agressief effect van de component humus.
Reeds bij een percentage van meer dan 20% wordt de bodem als agressief
geklassificeerd.
De geologische opbouw van Nederland op een diepte van 20 meter verschilt sterk
van wat we aan het oppervlak waarnemen, vooral in laag Nederland en het
rivierengebied.
197
5

TNO-rapport
Carro si e-risicokaarten
NITG 97-136-B 6
198
Omdat op de genoemde diepte vooral pleistoceen zand wordt aangetroffen leidt dit
voor het merendeel van de ::1:41.000gebruikte boringen voor het bereik van 19 tot
21 meter tot de kwalificatie "niet agressief'.
In gebieden waar een hogere bodemagressiviteit is berekend blijkt dit vaak goed
verklaarbaar uit de geologische opbouw ter plekke. In Twente en de Achterhoek
zijn de hogere waardes terug te voeren op de aanwezigheid van kleiige tertiare (of
oudere) afzettingen op deze diepte.
Gebieden in Friesland en Groningen waar verspreid nogal wat boringen als
"agressief' zijn benoemd vallen samen met pleistocene rivierdalen die met ten
dele met humeuze klei zijn gevuld (Formatie van Peelo, Eem Formatie). In de
omgeving van Amsterdam valt het gebied met de hogere bodemagressiviteit
samen met een depressie die ten dele is opgevuld met venen en kleien in de
Formatie van Twente en de Eem Formatie. De strook langs de kust correspondeert
met het gebied waar het basisveen (het oudste Holoceen) zich op een diepte van
::I:20mbevindt. De elders meer verspreid voorkomende hoge waarden zijn vaak te
herleiden tot lokale klei- of veenlagen die in samenhang met oude rivier- of
deltasystemen optreden. Dergelijke afzettingen kunnen in ouderdom uiteenlopen
en worden tot verschillende formaties gerekend.
De hoogste waarden ("zeer agressief' volgens het schema) worden aangetroffen in
Limburg. Dit is te wUten aan de aanwezigheid van miocene bruinkool behorend tot
de Formatie van Heksenberg. Deze afzettingen hebben uiteraard een hoog
humusgehalte hetgeen volgens de gevolgde methode al snel tot een hoge
agressiviteitsklasse leidt. In hoeverre de op deze wijze berekende
agressiviteitsklasse ook direct een verhoogd corrosierisico tot gevolg heeft zal in
hoofdstuk 4 nader worden besproken.
3.3 Toelicbting bij Kaart 3: Bodemresistiviteit in bet dieptebereik
0-25m onder maaiveld
Kaart 3 geeft globaal een indruk van de resistiviteit (soortelijke elektrische
weerstand) van de bodem in het opgegeven dieptebereik. De gebruikte eenheid
van resistiviteit is ohm'm ([.tm2/m). De verschillende vlakken op de kaart komen
overeen met gebieden waarin de bodemresistiviteit tot 25m onder maaiveld op de
meeste locaties varieert binnen het opgegeven resistiviteitsinterval.
De hier gepresenteerde bodemresistiviteitskaart is grotendeels opgesteld op grond
van resultaten van geo-elektrische metingen, uitgevoerd door NITG- TNO op meer
dan 10.000 locaties in Nederland. Voor het grootste deel van de provincie Zeeland
is gebruik gemaakt van resultaten van elektromagnetische inductiemetingen, die
NITG- TNO op 2200 locaties heeft uitgevoerd.
Bij een geo-elektrische meting wordt een elektrische stroom door de ondergrond
gedreven via twee stroomelektroden aan het aardoppervlak. Dankzij deze stroom
treedt aan het aardoppervlak een elektrische spanningsverdeling op, die een
afspiegeling is van grootte en ruimtelUke variaties van de resistiviteit in de
ondergrond. Bij elke opstelling van stroomelektroden wordt tussen twee apart
opgestelde meetelektroden het elektrische spanningsverschil gemeten.

TNO-rapport
Corrosie-risicokaarten
NITG 97-136-B 7
Uit de opstel1ing van de elektroden en uit de metingen van elektrische stroom en
spanning heeft NITG-TNO bij benadering vastgesteld hoe groot op de
meetlocaties de resistiviteit is van de bodem, en hoe deze met de diepte verandert.
Bij elektromagnetische inductiemetingen worden geen elektroden in de grond
aangebracht, maar worden via op de grond aangebrachte antennes de
karakteristieken van zeer kortstondige inductiestromen gebruikt voor een
reconstructie van de laagopbouw.
Deze resultaten zijn in de loop der jaren vastgelegd in rapporten, die gebruikt zijn
voor opstelling van de hier gepresenteerde bodemresistiviteitskaart.
Voor het kaartvlak met opgave van het resistiviteitsinterval "250" geldt dat de bodemresistiviteit op de meeste plaatsen
meer is dan 250 ohm'm tot 25m onder maaiveld.
De variaties in bodemresistiviteit hangen samen met de aanwezigheid van
verschillende afzettingen (klei, veen, zand), de diepte tot de grondwaterspiegel, en
de saliniteit van het grondwater. Deze variaties zijn schematisch weergegeven in
.
onderstaande tabel.
Tabel 1. Schematische weergave van variaties in bodemresistiviteit
grondsoort resistiviteit (ohm'm)
zand (droog) > 1000
zand (verzadigd met zoet grondwater) 50-500
klei,veen (verzadigd met zoet grondwater) 10-50
klei, veen, zand (verzadigd met zout grondwater)

TNO-rapport
Corrosie-risicokaarten
NITG 97-136-B 8
200
3.4 Toelichting bij de Kaart 4: Chloride-con centra tie van het
grondwater
Kaart 4 presenteert de chloride-gehalten van de verschillende waamemingsfilters
ingedeeld in 6 klassen. De chloride concentratie in ondiep grondwater ligt tussen
twee extreme situaties: natuurlijk, niet verontreinigd regenwater bevat buiten de
kuststrook enkele mgCI/I en zeewater bevat 19.000 mgCl/1. Tot 200 mgCl/1 is
sprake van zoet grondwater en bij een gehalte van 200 tot 1000 mgCl/1 wordt
gesproken van brak water.
We zien duidelUk dat het grondwater in zowel hoog Nederland als in het
rivierengebied vrUwel altijd zoet is; meestal bevat het minder dan 50 mgCl/1. De
hogere concentraties hangen vooral samen Of met intensieve landbouwactiviteiten
Ofmet stedelijke,industriele activiteiten. In het algemene geldt dat recent
grondwater (van na de tweede wereldoorlog) onder landbouwgebieden meer
chloor bevat dan oud grondwater of recent grondwater onder bosgebieden.
Het grondwater in laag Nederland kent sterk uiteenlopende chloride concentraties.
Zout grondwater komt voor als fossiel grondwater in enkele diepe polders (de
zogenaamde droogmakerijen, zoals de Schermer en de Flevopolders), en over een
brede strook in Noord-Nederland. Daamaast wordt het aangetroffen bij kanalen en
rivieren die in directe verbinding staan met de zee, zoals het Noordzeekanaal, de
Nieuwe Waterweg, etc. Zout grondwater dringt hier de ondergrond in door de
bemaling van polders in laag-Nederland. Zoet grondwater komt wijd verbreid
voor. Voor een deel hangt het samen met de neerslag die nabij de kust meer
zeezout bevat dan meer naar het binnenland en voor een deel met oeverinfiltratie
van rivierwater (van de Rijn, Waal, etc.) dat ca. 100 mg Cl/I bevat. De
veranderingen in chloride-gehalte, en daarmee ook zoutgehalte kllnnen over een
afstand van enkele kilometers zeer groot zUn, met name in polders.
3.5 Toelichting bij Kaart 5: Zuurgraad van het grondwater
De zuurgraad (pH) van het grondwater loopt in de natuurlijke situatie uiteen van
ca. 5 tot 8: zeewater heeft een pH van 8,2 en natuurlijk regenwater heeft een pH
van 5,5. De uitstoot van verzurende stoffen heeft in de Nederlandse situatie de pH
van regenwater doen dalen tot om en nabij de 4,5. Verdere verzuring in de bodem
kan de pH nog meer verlagen tot in het extreme geval 2.
De pH van het grondwater in laag Nederland en het rivierengebied is nagenoeg
altijd neutraal of (licht) alkalisch. De hoge pH's zijn meesta! geassocieerd met
zout grondwater. De neutrale of alkalische pH hangt vaak samen met het
voorkomen van kalk in de ondergrond: het oplossen van kalk is een snel!e, zuurconsumerende
reactie.
De zuurgraad in hoog Nederland loopt sterk lIiteen van zuur tot !icht alkalisch. De
zure pH's komen voor in gebieden waar infiltratie van regenwater optreedt en
waar geen kalk in de ondiepe ondergrond voorkomt.

TNO-rapport
NITG 97-136-B
Corrosie-ri s icokaa rten
We zien dat deze gebieden hoofdzakelijk in Brabant, Noord-Limburg, de Veluwe,
de Utrechtse Heuvelrug en, in het Noorden, in Drente en directe omgeving.
Neutrale of alkalische pH's zijn te verwachten in:
1. gebieden waar het grondwater uittreedt (de zogenaamde kwelgebieden langs
kleine riviertjes zoals de Dommel in Brabant en de Aa in Drente) en
2. kalkhoudende infiltratiegebieden, zoals Zuid-Limburg en de Achterhoek, of
bekalkte landbouwgronden, zoals in Salland en Overijssel.
De ruimtelijke variatie in zuurgraad kan in de pleistocene afzettingen van hoog
Nederland zeer groot zijn. Omdat kwel- en infiltratiegebieden op korte afstand van
elkaar kunnen voorkomen is er vaak op lokale schaal aanzienlijke variatie
waameembaar. Dit effect wordt nog versterkt doordat de zuurgift in
infiltratiegebieden ook sterk kan verschillen: gebieden waar intensieve
veehouderij plaats vindt worden veel sterker belast met verzurende stoffen dan
bosgebieden op die zich op grate afstand van industrie- of landbouwconcentraties,
bevinden.
3.6 Toelichting bij de Kaart 6: Redoxtoestand van het grondwater
De redoxtoestand van grondwater is een maat voor het optreden van redoxprocessen
en de aanwezigheid van redoxgevoelige verbindingen in grondwater.
Redoxprocessen zijn chemische reacties waarbij elektronen van een verbinding
naar een andere verbinding overgaan. De redoxtoestand van het grondwater is met
betrekking tot corrosie vooral interessant omdat de redoxgevoelige verbindingen,
opgelost in zuurstof, sterk corrosief werken. In de ondergrond komen van nature
verbindingen voor die de redoxtoestand van langsstromend water doen dalen. Het
gaat hier am organisch materiaal, zoals veen, of sulfides, bijvoorbeeld ijzersulfide
ofwel pyriet. De verbindingen die deze stoffen kunnen oxideren worden onder
natuurlijke condities achterelkaar geconsumeerd, waarbij de verbinding met de
grootste energieopbrengst het eerst verbruikt wordt. Het komt er op neer dat in een
natuurlijk systeem bij neutrale pH de volgorde van consumptie als voigt is:
opgelost zuurstof, nitraat, mangaan-oxides, ijzer-oxides, sulfaat, waama
fermentatie van het organisch materiaal optreedt tot koolzuur en rnethaan.
Infiltrerend regenwater bevat van nature opgelost zuurstof (uit de lucht) en sulfaat
(van mariene herkomst), daarnaast kornt tegenwoordig veel nitraat vrij door
ernissie van rookgassen en oxidatie van ammonium uit dierlijke rnest.
Met het bovenstaande in het achterhoofd is het rnogelijk om een classificatie van
de redoxtoestand van het grondwater te rnaken. Hiertoe wordt gekeken naar de
verschillende redoxgevoelige verbindingen die in grondwater voorkomen. Tabel 2
geeft een indeling van de redoxtoestand op basis van de meest voorkomende
redoxgevoelige verbindingen in het grondwater.
Omdat bij het LMG niet geanalyseerd wordt op opgelost zuurstof, sulfide en
methaan is de gemaakte indeling is wat beperkter dan in principe mogelijk is.
Daarnaast is het handig am gebruik te maken van de sulfaat/chloor verhouding am
iets te kunnen zeggen over het diepere anaerobe bereik van grondwater, met name
het onderscheid tussen Fe-anoxisch en sulfaatreducerend grondwater. Dit wordt
hier niet verder uitgewerkt. Opgelost sulfide kan voorkomen bij twee
redoxtoestanden: sulfaatreducerend en methanogeen.
201
9

TNO-rappart
Carras ie-ri sicakaarten
NITG 97-136-B 10
202
Kaart 6 toont de redoxtoestanden voor de filters van het LMG. Vijf klassen zijn
onderscheiden op basis van het schema van Tabel 2. De zesde klasse, mengwater,
representeert grondwater waarin zowel nitraat als ijzer voorkomt. Dit water heeft
een niet-evenwichtssamenstelling, wat samenhangt met de traagheid waarmee
redoxprocessen in de ondergrond plaats vinden.
Het algemene beeld dat uit Kaart 6 naar voren komt is dat het grondwater in laag
Nederland anaerober van aard is dan in hoogNederland. In laag Nederland komt
Fe-anoxisch grondwater voor in de duinen en in het achterland, waar vaak
oeverinfiltratie van rivierwater optreedt. Methanogeen water komt voor in de
poldergebieden. Het grondwater in het holocene rivierengebied is overwegend Feanoxisch
van toestand. Rege1matig komt (sub)oxisch water voor, wat
waarschijnlijk samen hangt met lokale infiltratiegebieden.
De redoxtoestand van het grondwater in hoog Nederland loopt uiteen van
suboxisch tot methanogeen. Er doet zich een parallel gedrag voor met de
zuurgraad: (sub)oxisch grondwater valt te verwachten op de infiltratiegebieden en
methanogeen of sulfaatreducerend grondwater in de kwelgebieden. IJzer-anoxisch
grondwater vormt de grootste groep in het gebied. De ruimtelijke variatie van de
redoxtoestand is in hoog Nederland groot.
De ruimtelijke variatie hangt samen met enerzijds de belasting met oxiderende
stoff en bij infiltratie van regenwater en anderzijds het reductief vermogen van de
ondergrond. De belasting met oxiderende stoffen wordt tegenwoordig voor een
groat deel bepaald door antropagene verontreiniging, met name met nitraat en in
mindere mate met sulfaat.
Tabel 2. Indeling van redoxmilieus. Het + symbool duidt op de mogelijke aanwezigheid
van de stof boven de gebruikelijke detectielimieten (veelal in de ordegrootte van 1 IlmoI/L).
Klasse O2 N03 S04 Mn2+ Fe2+ H2S CH4
Oxisch + + +
Suboxisch + +
Mn-anoxisch + + +
Fe-anoxisch + + +
SO4-reducerend + + + +
Methanogeen + + + +

TN a-rapport
NITG 97-136-B
4 Discussie
Corrosie-risicokaarten
In laag Nederland vinden we voomamelijk mariene sedimenten bedekt door veen.
De hoofcomponent is klei (AI en Si rijk). Vaak zijn deze sedimenten
carbonaathoudend dankzij de aanwezigheid van schelpen. Op plaatsen waar veen
aangetroffen wordt, vindt men ook vaak pyriet (FeS2)' Dit is gevormd als gevolg
van reductie van het in zeewater aanwezige sulfaat door organische stof tot
sulfide. Het zo onstane sulfide reageert zeer snel met ijzerhoudende mineralen
waarbij pyriet gevormd wordt.
Op plaatsen waar carbonaatmineralen worden aangetroffen zal de zuurgraad (pH)
gebufferd worden. De pH zal meestal niet dalen lager dan 7.5. Lage pH-waarden
(lager dan 3) treden op wanneer pyriethoudende sedimenten worden blootgesteld
aan oxidatie. Oxidatie vindt vaak plaats door verbeterde drainage, verlaging van
het grondwaterpeil in bijvoorbeeld polders, aanleg van grote infrastructure Ie
werken. Het pyriet reageert dan met zuurstof onder vorming van zwavelzuur. Dit
proces kan gebufferd worden door kleimineralen. Hierdoor komt Al vrij in het
grondwater. Omdat pyriet vaak zware metalen bevat zoals arseen, zink en nikkel
bestaat ook de kans dat deze in het grondwater komen. Echter, ijzerhydroxides
(het zgn ijzeroer), die vaak gevormd worden op het grensvlak tussen water en
lucht kunnen veel van deze zware metalen weer binden. In veengebieden in de
kuststreek zal de pH meestal gebufferd zijn door carbonaatmineralen of door kwel
van zeewater. In het geval van infiltratie van regenwater in veengebieden zal bij
afwezigheid van carbonaatmineralen de pH dalen tot die van het regenwater (pH
3-5). In het geval van aerobe afbraak van organische stof zal de pH verder dalen
omdat er dan CO2 gevormd wordt die oplost in het grondwater.
Met betrekking tot corrosie kan gesteld worden dat grondwaterinfiltratie gebieden
en polders zeer corrosiefkunnen zijn. Gebieden met kwel zijn ook zeer corrrosief
vanwege het hoge chloride gehalte. In de overige gebieden zal het corrosie risico
laag zijn omdat vaak de pH gebufferd is en er vaak afsluitende kleilagen aanwezig
zijn.
parameter laag Nederland
klei en veen tot 8m veen en kleilagen plaatselijk zeer dik
bodemagressiviteit 20m enkele duidelijk begrensde gebieden met
verhoogde agressiviteit
resistiviteit over het algemeen laag
chloride-gehalte sterk variabel, zelfs over korte afstand
zuurgraad netraal of licht alkalisch
redoxtoestand Fe-anoxisch of methanogeen
In het rivierengebied vinden we vooral zoetwaterkleien in de kommen (komkleien)
en zanden met variabele korrelgrootte gehaltes. Organische stof gehaltes kunnen
oplopen tot 20 % in de kleien tot 5% in de zanden. Door de hoge gehaltes aan
organische stofkan er door fermentatie plaatselijk methaan gevormd worden.
Door aanwezigheid van carbonaatmineralen in de kleiafzettingen is meestal de pH
gebufferd. In de grofzandige pakketten is meestal de pH niet gebufferd.
203
11

TNO-rapport
NITG 97-136-8
204
parameter rivierengebied
klei en veen tot 8m
plaatselijk wat rivierklei, nauwelijks veen
bodemagressiviteit 20m slechts lokaal verhoogde agressiviteit als
gevolg van beperkte klei- en
veenvoorkomens
resistiviteit sterk wisselend, over het algemeen laag
chloride-gehalte zoet, meestal < 50 mg CIII
zuurgraad meestal neutraal of alkalisch
redoxtoestand suboxisch of Fe-anoxisch
parameter hoog Nederland
klei en veen tot 8m
Corrosie-risicokaarten
In geval van infiltratie van regenwater zal de pH dan ook kunnen dalen tot pH=4.
Echter de alkaliteit (buffercapaciteit) van dit water zal zeer gering zijn. De
aanwezigheid van maar zeer weinig ijzerhydroxides of carbonaat zal er dan ook
voor zorgen dat de pH gebufferd wordt. Het corrosierisico zal in het kleigebied
laag zijn vanwege de gebufferde pH en de afwezigheid van chloride. [n zandige
gebieden zal het corrosierisico aanmerkelijk hoger zijn vanwege de lagere pH en
het opgelost- zuurstofgehalte. In zandige kwelgebieden kunnen ijzerhydroxiden
neerslaan waardoor de pH daalt en ijzer-oxiderende bacterien staal kunnen
aantasten.
Hoog Nederland bestaat uit pleistocene zandige afzettingen. Deze zanden bevatten
geen kalk en hebben (dus) een geringe buffercapaciteit. Op het grensvlak
grondwater/lucht kan in kwelgebieden ijzeroervormingplaatsvinden. Door deze
ijzeroxidatie kan de pH plaatselijk dalen. In infiltratie gebieden is in het algemeen
de pH laag omdat het CO2 in het grondwater niet gebufferd word en er door
afbraak van organische stof CO2 wordt toegevoegd. Dit type sedimenten zijn over
het algemeen licht zuur en kunnen zuurstofbevatten waardoor ze oxiderend
kunnen werken. Het corrosierisic9 zal hoog zijn, met name in kwelgebieden.
zeer beperkt voorkomen van veen en klei
bodemagressiviteit 20m enkele duidelijk begrensde gebieden met
verhoogde agressiviteit
res istiviteit over het algemeen hoog
ch foride-gehalte zoet, meestal < 50mg CIII
zuurgraad sterk variabel, afhankelijk van lokale
omstandigheden
redoxtoestand varierend van (sub)oxisch tot
sulfaatreducerend
12

TNO-rapport
NITG 97-136-B
Corrosie-risicokaarten
Zoals in de inleiding reeds is vermeld is bij het beoordelen van de
bodemagressiviteit niet alleen de grondsamenstelling van belang.
Bodemagressiviteit is geen eigenschap die zich exact laat definieren zoals
soortelijke massa of zuurgraad, maar moet omschreven worden in afuankelijkheid
van verschillende omstandigheden. De mate waarin corrosie zal optreden is, voor
wat het omgevende milieu betreft, afhankelijk van een aantal kenmerken die
vooral worden bepaald door de interactie bodemskelet-grondwateroppervlaktewater-atmosfeer-menselijk
ingrijpen. Daarnaast zal men bij de
beoordeling van bodemagressiviteit rekening moeten houden met de aard van het
aan corrosie blootgestelde object. En hierbij hoeft niet alleen gedacht te worden
aan de staalsamenstelling of -kwaliteit, maar ook aan andere objectgebonden
eigenschappen als zwerfstromen, trekspanningen, trillingen, temperatuurvariaties
en lasnaden, die onder overigerts gelijke omstandigheden, de mate waarin corrosie
optreedt en de aangrijpingspunten daarvan, kunnen be'invloeden.
Het bovenstaande leidt tot de conclusie dat een bodemagressiviteitskaart op basis
van de samenstelling in grondsoorten voor de Nederlandse situatie niet toereikend
is. Op termijn zou het wellicht mogelijk kunnen zijn door middel van een
kwalificatie waarnbij aIle op cOITsosiebetrekking hebbende bodemfactoren via
een systeem van weging meetellen een goed bruikbare landelijke
"bodemagressiviteitskaart" te maken. Er zal dan echter meer kennis moeten zijn
van de relevantie van de verschillende parameters en de onderlinge be'invloeding.
205
13

TNO-rapport
Corrosie-risicokaarten
NITG 97-136-8 14
206
5 Conclusies en aanbevelingen
De zes bijgeleverde landsdekkende kaarten zijn in samenspraak tussen de
opdrachtgever en de betrokken NITG-specialisten samengesteld. De hoeveelheid
geinterpreteerde en niet geinterpreteerde gevens die betrekking hebben op de
ondergond van Nederland is zeer groot. Voor deze verkennende studie is slechts
van een beperkt deel daarvan gebruik gemaakt. Velerlei andere kaarten zijn
denkbaar met gegevens die voor vraagstellingen die verband houden met
ondergrondse corrosie nuttige informatie kurinen geven.
De verwachting is dat door de gegevens uit de zes kaarten toepassi!1gsspecifiek te
combineren per regio een globale inschatting van het corrosierisico mogelijk is.
Of het op dit moment mogelijk en wenselijk is tot een landelijke algemene
"corrosierisico-" of "bodemagressiviteitskaart" te komen is zeer de vraag. Analyse
van geochemische processen die, toegespitst op de Nederlandse situatie, corrosie
be'invloeden is noodzakelijk, en daarmee samenhangend is het bovendien
noodzakelijk het begrip "bodemaggressiviteit" voor de Nederlandse situatie goed
te definieren. De "bodemagressiviteit" als direkte afgeleide van "grondsoort" heeft
slechts beperkte waarde en is alleen geschikt voor een eerste beoordeling.
Doordat de bij dit rapport geleverde kaarten een landsdekkend beeld geven zijn zij
hooguit voor regionaal gebruik geschikt. Voor lokatiespecifieke vraagstellingen
kunnen kaarten op grotere schaal geleverd worden gebaseerd op de zeer vele
boringen, meetgegevens en analyses die het NITG tot zijn beschikking heeft.

I
I
!
Klei- en veenkaart van Nedertand .
I .~ ,~~~-
~cSQJr,.t4-1S-
I ~.""'CIniS8'~
=-...-.-.- -,..,~
I
I =-_00- ~_........-
I 1iiiiI---'--
I §--------
I
I
i
1dWoII':'000000
(~
~
)
'-.. --
,J
(
N~Itdtwt\lOOf'
~G.o--~TNO
f/N.~
~-,.,..
~...~
on-5X«tOO
_../
.........
.~
,.-'
" ,;
1'\ ,
\
(j
"'\ I
/
~
> !
; :
)i
/ '
/ :
i
.. ~
'£;
207

208
Bodemagressiviteitskaart .
(diepte 20m -mv) .
-
~.Inatttuut¥OOt
~Q~TNO
*-~ ~_on.~
"'--'-
0---""
".,..,.,..
'£;

I
I
I
I
I
I
I
i
!
1
I
!
i I;
!
j I
I
i
I
!
I
i
f
I
r
I
I
i
j
I1
IJ
I I
I
I
i I
l
Bodemresistiviteitskaart
(diepte 0 -25m - my)
........
8< no.-.
B>

210
I Chloride-concentratie van het
. grondwater
.
I
I
t.oo-So
B----
;E;]----
c:J~-~(hoQg~
/a.
~Mw
Wond-.,.mw
GNotId~
«:t
< 2OrwIoA-t.TUtC. V[RDUNO
~ :0. tOMoILVtAOUfQ
.. r,o.2OOrnGI\. zocr
- 200.~ IIA.u:
. :::!II
~ 1000 -1OOOQmoI1. zovr
> ~
M.AAl(H.ZOVJ'
Soof'IM1:1000000
w-.-------------
c::::.,:
-~-
Toeg.,...c.~TNO
8fU.O~ on.t:)OO)()O
","-",,--778'88
o--_~
v;
.Q{
I
. I
I
I Ii
j

I
I
Zuurgraad van hat grondwater
'-"""
~~--Q..g~
~_""""_"""""
c::J~-,,~I'>OOQ~
/- -~",.,
_OfId--NW
pH. WAAK)(
.Q a.,u:ZUUR
:S:io .c..&.IU:I..OO'Z'tAIR
.. 5.£-U:ZNAX.ZUIJIIt
A o.a.,.I:JrrCfU't"RAAt.
... ~.&.7.e.:ALJ(AL.I:fCH
. ...
~1:'OOOOOQ
-
' =--=:-TNO ~
~W.(2).o,')Q0300
I
[=:;:,-
...,ri
211

!
I
i
j
i
I
212
I
[ Redoxtoestand van het grondwater
i
I
--
~~~Q880~
~HOIooW!~CrM g8bled)
C:J~...0IIChtO'*'O~
/-
AbcJrrtwWt811tw
.ond~MM
.A ( 04G1deoh
"-
.:iii.-
& ,aW~
--
6 qw.w
~1:'OOOOOO
-l
'f".t
~Jn.dtwt:WOt
":'~8t.o.o-~~ TNO I.::f
8Id.~
H..wn...Ql).~
--:rr..
0 ,..,
IJ
I
I
!
I
Ii
I I
!
t
i
I
[
I