Het berekenen van de kans op mijnbouwschade door gaswinning in de second opinion van de proef buitengebied

Transcriptie

1 Het berekenen van de kans op mijnbouwschade door gaswinning in de second opinion van de proef buitengebied Van Second opinion bureaus proef buitengebied Datum 1 maart 2018 Versienummer Definitief Woord vooraf In dit memo geven de drie bureaus die de second opinion uitvoeren in het kader van de proef buitengebied weer, hoe zij gezamenlijk hebben bepaald hoe de kans op mijnbouwschade door gaswinning in de second opinion wordt berekend. De drie bureaus zijn zich er terdege van bewust dat dit document primair een technisch document betreft, dat voor niet-technici lastig te lezen zal zijn. Waar mogelijk zijn achter technische termen algemenere woorden of een uitleg geplaatst. Er is in ieder geval getracht zo begrijpelijk mogelijk weer te geven welke keuzes zijn gemaakt en waarom en waar deze afwijken van het eerste onderzoek. In de basis komt het erop neer dat is getracht zo dicht mogelijk aan te sluiten bij de meest recente geaccepteerde (wetenschappelijke) inzichten. Een samenvattende opsomming staat vermeld in hoofdstuk Inleiding De trillingssnelheid ten gevolge van gaswinningsgerelateerde bevingen kan gebruikt worden als maat voor de kans op schade als gevolg van deze bevingen. Bij de second opinion voor het buitengebied van Groningen worden deze trillingen beoordeeld op de SBR Trillingsrichtlijn:A Schade aan bouwwerken:2017 [SBR 2017]. Deze richtlijn 1 wordt gehanteerd om te toetsen of de berekende trillingssnelheid in de objecten mogelijk tot bevingsgerelateerde schade heeft geleid. In het eerste onderzoek uitgevoerd door Advies- en Ingenieursbureau Witteveen+Bos is bij het berekenen van het trillingsniveau van aardbevingen een aantal keuzes gemaakt dat invloed heeft op de beoordeling van de kans op bevingsgerelateerde schade. De second opinion bureaus zijn het op dit punt niet op alle onderdelen eens met het eerste onderzoek. In de second opinion zijn de in dit verband in het eerste onderzoek gemaakte keuzes daarom opnieuw beschouwd. In dit memo wordt toegelicht hoe in de second opinion wordt omgegaan met het bepalen van de kans op bevingsgerelateerde schade. In dit memo wordt vooral ingegaan op de volgende drie aspecten: 1. Bepalen van de trillingen die in bouwwerken zijn opgetreden. Specifiek gaat het in deze second opinion om bevingen die in het verleden als gevolg van gaswinning in het Groningengasveld zijn opgetreden en mogelijk tot de gerapporteerde schade kunnen hebben geleid. 2. Hoe wordt getoetst aan de SBR A-richtlijn. 3. Hoe wordt omgegaan met eventuele onzekerheden. Het gaat hierbij om hoe de second opinion bureaus op voorhand de kans op trillingsschade voor een pand hebben vastgesteld. Op basis van deze kans op schade, een bezichtiging van het pand 1 SBR staat voor Stichting Bouwresearch en SBRCURnet is een Nederlands kennisinstituut op het gebied van de bouw. 1/50

2 en een beoordeling van alle informatie wordt vervolgens per schade aangegeven of de schade wel of niet door bevingen kan zijn veroorzaakt. 2. Bepalen van trillingen 2.1 Rekenmethode In het eerste onderzoek is gebruik gemaakt van de zogenaamde V0-methode om de trillingen van reeds opgetreden aardbevingen in de gebouwen vast te stellen. De mediane 2 waarde uit deze methode is getoetst aan de grenswaarden uit de SBR A-richtlijn. Inmiddels zijn updates van het V0-model gepubliceerd (meest recent is de V5 [Bommer 2017]). Uit een ten behoeve van de second opinion uitgevoerd kallibratie van deze modellen met metingen blijkt naar onze mening echter dat deze modellen op grotere afstanden tot de bevingen niet nauwkeurig genoeg zijn om uitspraken te doen over de trillingen door bevingen die als gevolg van mijnbouwactiviteiten op locaties in Groningen tot nu toe zijn opgetreden. Een ander model, het empirische GMPE 3 [Bommer2 2017] is ontwikkeld om de trillingen aan het maaiveld ten gevolge van aardbevingen te berekenen op basis van metingen in het verleden. Door de sterke uitbreiding van het aantal meetpunten is de betrouwbaarheid van dit model op dit moment significant hoger dan de VX-modellen. Het empirisch GMPE is daarom in de second opinion toegepast bij het beoordelen van de kans op mijnbouwschade. Deze empirische GMPE kan op twee manieren worden toegepast: 1. Generiek, zonder zogenaamde bevingsspecifieke correctie, de event-term genoemd. In dat geval wordt de generieke formule van het empirische GMPE toegepast om de trillingen te bepalen als functie van de afstand tot het epicentrum en de magnitude (sterkte) van de beving. Deze generieke formule is bepaald uit een regressieanalyse (samenhang) op gemeten trillingen, en bevat daarmee een goede match met de werkelijk opgetreden trillingen op maaiveld. De generieke formule omvat alle bevingen uit het verleden (met een magnitude van minimaal 1.8, en tussen 2006 en september 2017), en kent een relatief grote onzekerheid omdat elke beving zijn eigen karakteristieken heeft die allemaal zijn ondervangen in het generieke model. 2. Met event-term. Deze event-term is een correctie waarmee de generieke formule is gefit (toegepast) op losse bevingen. Deze formule is voor een afzonderlijke beving nauwkeuriger, en kent daarom een kleinere onzekerheid dan de generieke formule. Deze event-term is niet voor alle bevingen vastgesteld, zo ontbreken bevingen met een lage magnitude en bevingen van voor 2006 en na september 2017). Probleem met de event-term is dat deze vaak is gebaseerd op een beperkt aantal metingen, en daarom niet altijd voldoende nauwkeurig lijkt te zijn vastgesteld. Het meetnetwerk van de KNMI-stations, waar de event-term op is gebaseerd, is medio 2014 echter fors uitgebreid. Sindsdien is zichtbaar dat de event-term significant is afgenomen. Deze trend is zichtbaar in Figuur 1. Hier is te zien dat er een significante afname is van de event-term bij een toenemend aantal meetpunten 4. Dit zou kunnen betekenen dat de event-term uit het empirische GMPE 2 De mediane waarde of mediaan is de middelste waarde van de gemeten trillingen. Deze mediane waarde is vergeleken met de toegestane grenswaarde. 3 GMPE staat voor Ground Motion Prediction Equations 4 Hoe meer meetpunten, hoe lager de trillingen van een beving lijken te zijn, omdat de event-term of correctieterm afneemt naarmate er meer meetpunten zijn. 2/50

3 onvoldoende betrouwbaar is voor bevingen waarvoor de event-term bepaald is op basis van een beperkt aantal metingen (lees: metingen van voor medio 2014). Figuur 1 Event-term als functie van het aantal meetpunten per beving Op basis van bovenstaande overwegingen is in de second opinion gekozen voor de volgende aanpak: 1. Op basis van KNMI-gegevens worden alle door gaswinning in het Groningen-gasveld geïnduceerde (opgewekte) bevingen meegenomen. Deze lijst met bevingen is opgenomen in bijlage A van dit memo. 2. Vervolgens wordt per onderzoeksobject een berekening gemaakt van de opgetreden trillingen als gevolg van al deze bevingen: a. Voor bevingen waarvoor een event-term beschikbaar is (globaal de bevingen tussen 2006 en september 2017 met een minimale magnitude van 1.8), wordt de berekening uitgevoerd met het empirische GMPE met event-term. b. Voor bevingen waarvoor geen event-term beschikbaar is, wordt de berekening uitgevoerd met het generieke empirische GMPE, dus zonder event-term. Hoewel het empirische GMPE niet gebaseerd is op deze bevingen, kent het model een voldoende groot aantal metingen om aan te nemen dat het generieke empirische GMPE ook voor deze (bij het opstellen van het model niet meegenomen) bevingen gebruikt kan worden. 3. Doel van deze second opinion is het beoordelen van de kans op schade ten gevolge van gaswinning in het Groningen-gasveld. Andere mijnbouwactiviteiten, zoals gasopslag, zoutwinning en gaswinning uit andere velden (zoals bij Zuidlaren), worden wel meegenomen in de afweging en toelichting op schade, maar de conclusies van de second opinion hebben uitsluitend betrekking op schade als gevolg van gaswinning in het Groningen-gasveld. Schade ten gevolge van andere mijnbouwactiviteiten is niet nader onderzocht. Deze aanpak maakt dus gebruik van een nauwkeurige berekening (met event-term en minder onzekerheid) waar dat mogelijk is, terwijl tegelijkertijd de niet in het empirische GMPE 3/50

4 opgenomen bevingen worden meegenomen in de globalere berekening (zonder event-term en met meer onzekerheid). Consequentie van deze aanpak is dat de trillingen van oudere bevingen (vóór medio 2014) mogelijk worden overschat (event-term is daar vaak hoog, en met minder zekerheid vastgesteld). Onderschatting van de trillingen wordt met hiermee echter voorkomen. 2.2 PGV-waarde vs. V top -waarde Het empirische GMPE geeft verschillende waardes voor de piekgrondsnelheid (PGV, de hoogste trillingssnelheid), waaronder PGV max,rot. Deze PGV max,rot -waarde is groter dan of vergelijkbaar met de hoogste waarde van de trillingen in elke richting (V top -waarde), en wordt daarom een-op-een gehanteerd in de second opinion. Dit is een conservatieve benadering, een overschatting van de opgetreden trillingen is mogelijk als de oriëntatie van het bouwwerk niet gelijk is aan de dominante (overheersende) trillingsrichting. 2.3 Trillingen op maaiveld vs. trillingen op de fundering Het GMPE berekent de trillingen op maaiveld, de SBR A-richtlijn beoordeelt op de fundering. Er dient daarom nog gecorrigeerd te worden voor de overgang van maaiveld naar fundering. In een oud VROM-model [VROM 1995] wordt voor de correctie van maaiveld naar fundering voorgesteld om rekening te houden met twee correctiefactoren: 1. Een voor de stijfheid van de constructie, waarbij geldt dat indien de eigen frequentie onder de 10 Hz is, de factor gelijk is aan 1.0; 2. Een voor de stijfheid van het gebouw (samenwerking van het geheel), waarbij geldt dat indien de eigen frequentie onder de 10 Hz is, de factor gelijk is aan 1.0 (voor gebouwen hoger dan 20 meter is de correctiefactor volgens de VROM-publicatie gelijk aan 0.55). Bovenstaande klopt redelijk met metingen, zie Figuur 2. Figuur 2 Overdrachten conform VROM-rekenmodel en zoals gemeten in vier woningen (gekleurde lijnen) De trillingen van aardbevingen hebben vooral lage trillingsfrequenties, onder de 10 Hz. In Figuur 2 is te zien dat bij lage frequenties de overdracht van maaiveld naar fundering gelijk aan of 4/50

5 kleiner is dan 1. Daarom worden de trillingen op maaiveld in de second opinion identiek verondersteld aan de trillingen op de fundering (factor 1). Versterking 5 van de trillingen in het gebouw wordt in de SBR A-richtlijn meegenomen in de afwijkende grenswaarden voor trillingen op hoger gelegen verdiepingen en niethoofddraagconstructie elementen conform Tabel 10.9 uit de SBR A-richtlijn. In de second opinion wordt beoordeeld op basis van de berekende trillingsniveaus ter plaatse van de fundering. 3. Omgaan met de SBR A-richtlijn Binnen de SBR A-richtlijn wordt de volgende systematiek gehanteerd, zie Figuur 3. Deze systematiek is ook gehanteerd om in de second opinion te beoordelen of mijnbouwschade op voorhand kan worden uitgesloten. Figuur 3 Methodiek SBR A-richtlijn De oranje blokken zijn ten behoeve van de second opinion gemaakte keuzes die in dit memo worden onderbouwd. In dit hoofdstuk gaat het vooral over de drie veiligheidsfactoren γ v (partiële veiligheidsfactor voor type meting), γ t (partiële veiligheidsfactor voor type trillingsbron) en γ s (partiële veiligheidsfactor voor bouwkundige staat en monumentale status) en over het omgaan met verdichting. De wijze van beoordeling (meest rechtse oranje blok in Figuur 3 wordt toegelicht in hoofdstuk Partiële veiligheidsfactor voor type metingen (γ v ) De SBR A-richtlijn kent drie verschillende types metingen om schade als gevolg van trillingen vast te stellen, zie ook Figuur 4. 5 Toename van de trillingen van de fundering naar andere punten in het gebouw, bijvoorbeeld door resonantie van gebouwonderdelen. 5/50

6 Figuur 4 Types metingen in SBR A-richtlijn 1. Een indicatieve meting, met een meetpunt op de begane grond (stijf punt van de draagconstructie, zo dicht mogelijk bij de trillingsbron). Bij dit type meting wordt een veiligheidsfactor γ v van 1.6 gehanteerd. 2. Een beperkte meting, met een meetpunt op de begane grond en een meetpunt op de hoogste verdieping, beide zo dicht mogelijk bij de trillingsbron (dus normaal gesproken boven elkaar) in een stijf punt van de draagconstructie. Om zettingen te beoordelen kan ook gebruik worden gemaakt van meerdere meetpunten op de begane grond. Bij dit type meting wordt een veiligheidsfactor γ v van 1.4 gehanteerd. 3. Een uitgebreide meting, met meetpunten om de 10 meter aan de draagconstructie, en bovendien in het midden van vlakken. Bij dit type meting wordt een veiligheidsfactor γ v van 1.0 gehanteerd. In het eerste onderzoek is een partiële veiligheidsfactor van 1.0 gehanteerd, met als argument dat de trillingen van aardbevingen over het gehele bouwoppervlak gelijk zijn, gezien de grote golflengte van deze trillingen. In de second opinion wordt echter een partiële veiligheidsfactor γ v van 1.2 gehanteerd. De partiële veiligheidsfactor voor het type meting is namelijk bedoeld om vier onzekerheden te verdisconteren (mee te nemen): 1. Variaties (afwisseling) in trillingsniveau over het bouwoppervlak. Lokale variaties in bodemopbouw en constructieve funderingssterkte kunnen zorgen voor variaties over het bouwvlak. Het empirische GMPE waarmee de trillingen worden berekend, berekent de trillingen op maaiveld op willekeurige punten onder het gebouw en is geldig voor al deze punten. Deze variaties zijn dus al opgenomen in het empirische GMPE. Een correctie voor variatie over het bouwoppervlak is daarom niet nodig. 2. Variaties in sensorplaatsing (bij metingen). In het empirische GMPE worden onzekerheden en verschillen tussen meetpunten onderling meegenomen, omdat het model is gebaseerd op metingen op verschillende locaties. Een correctie voor variatie in sensorplaatsing is daarom niet nodig. 3. Variaties in funderingsconstructies en funderingssterkte. Het empirische GMPE berekent de trillingen op maaiveld, deze waarde wordt vermenigvuldigd met de overdracht van de trillingen van maaiveld naar fundering (zie paragraaf 2.3). In de gebruikte overdracht wordt al rekening gehouden met variaties in funderingsconstructie en funderingssterkte. Een correctie voor variatie in funderingsconstructie en funderingssterkte is daarom niet nodig. 6/50

7 4. Variaties in opslingering in het gebouw (naar hoger gelegen delen van het gebouw, niet te verwarren met de opslingering zelf, waarmee in de SBR A-richtlijn rekening wordt gehouden door afwijkende grenswaarden voor hoger gelegen bouwdelen te definiëren). Deze onzekerheid wordt niet meegenomen in het rekenmodel, hiervoor dient afzonderlijk te worden gecorrigeerd. In de SBR A-richtlijn wordt voor een indicatieve meting een partiële veiligheidsfactor γ v van 1.6 gehanteerd, en voor een beperkte meting een partiële veiligheidsfactor γ v van 1.4. Dat impliceert dat de factor 1.4 corrigeert voor bovenstaande variaties 1 tot en met 3 (variaties in het bouwvlak), en de resterende correctie (1.6 gedeeld door ) voor de opslingering in het gebouw (variatie in de hoogte). Deze resterende correctie wordt, afgerond naar boven tot 1.2, toegepast in dit onderzoek als partiële veiligheidsfactor γ v om te corrigeren voor variaties in opslingering in het gebouw. Op basis van bovenstaande overwegingen wordt in de second opinion dus een partiële veiligheidsfactor γ v van 1.2 gehanteerd. Tenslotte, bij trillingen met grote golflengtes, zoals aardbevingstrillingen, is er een kans op interne rotaties bij grote gebouwen (in de orde van de grootte van de golflengte van de aardbevingstrillingen) doordat delen van het gebouw zich op verschillende delen van de trillingsgolf bevinden. Op basis van de voor de second opinion relevante magnitudes, is de verwachting dat dit fenomeen niet tot grotere schadekansen leidt voor bouwwerken in het buitengebied. Hiervoor wordt daarom geen correctie toegepast. 3.2 Partiële veiligheidsfactor voor type trillingsbron (γ t ) De SBR A-richtlijn kent drie verschillende types trillingsbronnen: 1. Kortdurende (incidenteel voorkomende) trillingen, zoals stootvormige excitaties (explosies, botsingen). Vermoeiing als gevolg van deze trillingen is, door de geringe herhaling, vrijwel uitgesloten. Bij dit type trillingsbron wordt een veiligheidsfactor γ t van 1.0 gehanteerd; 2. Herhaald kortdurende trillingen, maar wel bij stootvormige excitaties. Denk hierbij aan bronnen die zo vaak voorkomen dat vermoeiingseffecten in bouwmaterialen kunnen optreden (heiwerkzaamheden, weg- en railverkeer). Bij dit type trillingsbron wordt een veiligheidsfactor γ t van 1.5 gehanteerd; 3. Continue trillingen, denk hierbij aan alle trillingen die niet in een van bovenstaande categorieën vallen. Bij dit type trillingen kunnen resonanties of vermoeiingseffecten in onderdelen van een bouwwerk optreden (inbrengen van damwanden met trilblokken, machines, weg- en railverkeer wat tot resonantie kan leiden). Bij dit type trillingsbron wordt een veiligheidsfactor γ t van 2.5 gehanteerd. In het eerste onderzoek wordt een typisch aardbevingssignaal gepresenteerd zoals in Figuur 5 [WB 2017]. Dit signaal heeft een aantal kenmerken: 1. Eenmalig een korte, stootvormige excitatie, met een trillingswaarde die een factor 3 tot 4 hoger is dan de naschokken. 2. Kort natrillen (hier ruim 10 seconden), maar met lage amplitudes (afwijkingen ten opzichte van het gemiddelde), meer dan een factor 10 lager dan de stootvormige excitatie. 7/50

8 Figuur 5 Typisch aardbevingssignaal volgens eerste onderzoek Op basis hiervan is een aardbevingstrilling het beste te karakteriseren als een kortdurende, incidenteel voorkomende trilling, zonder kans op vermoeiing of resonantie, omdat (1) de verhouding tussen piek en naschokken groot is (en de naschokken lage trillingswaarden hebben), (2) de zwaarste, maatgevende aardbevingen een relatief lage gemiddelde herhalingsfrequentie kennen en (3) het verschil in trillingssnelheid tussen de hoogste (maatgevende) beving en de op-een-na-hoogste beving doorgaans meer dan 10 procent is (door de spreiding over het Groningen-gasveld, en dus afstand tot de gebouwen, en door de spreiding in magnitudes). Om dit te onderbouwen is met behulp van het empirische GMPE voor de locaties in het buitengebied voor alle in het empirische GMPE opgenomen bevingen tussen 1 januari 2006 en 1 januari 2018 de PGV max,rot berekend. Een voorbeeld voor een locatie in het buitengebied is weergegeven in Figuur 6. Voor vrijwel alle locaties is zichtbaar dat de hoogste trillingen (in dit geval van de beving in Huizinge, M3.6) significant hoger zijn dan van andere bevingen. Er wordt dus terecht gesproken over kortdurende trillingen zonder kans op vermoeiing, zeker omdat getoetst wordt op de zwaarste beving. In de second opinion wordt daarom een partiële veiligheidsfactor γ t van 1.0 gehanteerd. 8/50

9 Figuur 6 Events in GMPE-model voor een locatie in het buitengebied 3.3 Partiële veiligheidsfactor voor bouwkundige staat en monumentale status (γ s ) De SBR A-richtlijn kent twee types gebouwen conform tabel 10.1: 1. Categorie 1: onderdelen van gebouwen bestaande uit gewapend beton of hout, en bijvoorbeeld kademuren en pijlers van viaducten. 2. Categorie 2: onderdelen van gebouwen bestaande uit metselwerk, niet-gewapend beton of brosse, steenachtige materialen. De grenswaarden voor categorie 1 zijn hoger dan die voor categorie 2 (kans op schade is bij gelijke trillingen voor categorie 1 veel lager dan bij categorie 2). Vervolgens kent de SBR A-richtlijn een correctiefactor voor gebouwen met een monumentale status (gebouwen die zijn aangemerkt als Rijks-, provinciaal of gemeentelijk monument) of een gevoelige bouwkundige staat. Onder het laatste worden gebouwen verstaan waarvan de sterkte is verminderd (bijv. door veroudering of verbouwingen) of waar sprake is van extra initiële spanningen. Om te bepalen of een bouwwerk (of onderdeel daarvan) gevoelig is, dient een checklist (zie Figuur 7) te worden doorlopen, waarbij punten kunnen worden toegekend. Een bouwwerk is gevoelig als op basis van de checklist het aantal punten minimaal 4 bedraagt. In de second opinion wordt de volgende aanpak gehanteerd: 1. Vaststellen van categorie (1 of 2) op basis van de bouwkundige rapportage uit het eerste onderzoek. 2. Invullen van de checklist uit Figuur 7 op basis van de bouwkundige rapportage uit het eerste onderzoek. Indien een bouwwerk vier of meer punten krijgt toegekend, dan heeft het bouwwerk een gevoelige status met partiële veiligheidsfactor γ s van 1.7. De partiële veiligheidsfactor γ s wordt alleen toegepast bij bouwwerken met een bouwkundig gevoelige staat. De uitzonderingspositie die monumenten hebben in de SBR A-richtlijn, waarbij voor een monument in goede staat ook een partiële veiligheidsfactor γ s van 1.7 wordt geadviseerd, wordt in de second opinion niet overgenomen. Dit omdat de kans op schade in een 9/50

10 monument in goede staat naar onze mening niet hoger of lager is dan de kans op schade in een vergelijkbaar object zonder monumentale status. Figuur 7 Checklist bouwkundige staat 3.4 Omgaan met verdichting Voor gebouwen met trillingsgevoelige funderingen schrijft de SBR A-richtlijn ook een beoordeling voor van de kans op zettingen (zakking van de fundering) door verdichting (samendrukking) van de bodem. Hiervoor gelden twee eisen: een eis aan de trillingssnelheid 6 en aan de trillingsversnelling 7. Hierbij gelden de volgende eisen: Trillingsversnelling: karakteristieke grenswaarde a kar bedraagt 1 m/s 2. Trillingssnelheid: karakteristieke grenswaarde V kar (in mm/s) wordt berekend volgens de formule: V = 10 (1) kar C D De factor C D wordt bepaald uit de dikte van de zettingsgevoelige laag onder de fundering op basis van de formule: 8 H C D = 1+ (2) 7 6 De snelheidseis komt voort uit het feit dat bij herhaald optredende cyclische belastingen verdichting kan optreden, waardoor ongelijkmatige zettingen in de bodem kunnen ontstaan. Deze kunnen leiden tot vervormingen van het bouwwerk. 7 De versnellingseis komt voort uit het feit dat bij versnellingen groter dan 0.1 maal de versnelling van de zwaartekracht (g = 9.81 m/s 2 ) bij verwekingsgevoelige, verzadigde grond, een spanningsloze situatie in de grond kan ontstaan. Dan kan de grond heel anders reageren en gevoeliger zijn voor verdichting. 10/50

11 Hierbij is H de dikte van de zettingsgevoelige laag, met een maximale dikte van 8 m. Bij deze maximale laagdikte bedraagt C D 1.0, de minimale waarde van V kar bedraagt dus 10 mm/s. In de second opinion gaat het in vrijwel alle gevallen om categorie 2-gebouwen, waarvoor voor de beoordeling van de constructie een minimale V kar geldt van 5 mm/s. De verdichtingseisen voor de fundering leiden tot een minimale V kar die hoger is dan deze eis voor trillingsschade aan de constructie. De trillingseis voor de constructie is daarmee altijd strenger dan de verdichtingseis voor categorie 2-gebouwen. Het is op voorhand niet uit te sluiten dat zettingen het gevolg zijn van trillingen, maar dan is schade aan de constructie als gevolg van trillingen dus veel aannemelijker omdat daarvoor een lagere grenswaarde geldt. De trillingseis voor de constructie is dus maatgevend. 4. Omgaan met onzekerheden In de berekeningen en beoordeling zitten enkele onzekerheden: 1. De grenswaarde uit de SBR A-richtlijn. De SBR A-richtlijn geeft een grenswaarde met daaronder een kans van minder dan 1 procent op schade, en daarboven een kans van meer dan 1 procent. Deze uitspraak is gebaseerd op een schadecurve, zie de zwarte lijn in Figuur 8, op basis van kader 43 uit de SBR A-richtlijn. De tekst in dit kader 43 gaat uit van een predictie (voorspelling) van de trillingen zonder onzekerheden. In Figuur 8 is verder voor het empirische GMPE (met en zonder event-term) aangegeven wat de kans op schade is voor een bepaalde waarde van de mediaan (V d,mediaan, gelijk aan PGV max,rot maal γ v ), met onzekerheden. Deze paarse curve ligt, afhankelijk van de mate van onzekerheid van de predictie van V d,mediaan, significant hoger dan de schadecurve uit de SBR A-richtlijn. In Figuur 8 is duidelijk zichtbaar dat een toetsing op de mediaan (middelste waarde) tot een onderschatting van de schadekans leidt: in de oranje zone is de kans op schade namelijk ook groter dan 1 procent. Om recht te doen aan de SBR A-richtlijn dient dus zowel de oranje als de rode zone te worden aangemerkt als overschrijding (dus dat mijnbouwschade op voorhand niet kan worden uitgesloten). In de second opinion willen wij zo goed mogelijk aansluiten bij bestaande regelgeving (lees: de SBR A-richtlijn) maar ook recht doen aan recente onderzoeksinzichten. Uit deze recente onderzoeksinzichten blijkt dat (1) een schadekans van 1 procent niet altijd verdedigbaar wordt geacht, (2) ook bij lagere waarden dan de grenswaarde in bepaalde gevallen toch schade optreedt en (3) er mogelijk sprake is van een selecte steekproef (in theorie is het mogelijk dat alleen pandeigenaren met schade zich hebben gemeld). Overigens zijn er tot op heden geen aanwijzingen gevonden die wijzen op een selecte steekproef. Om aan deze bezwaren tegemoet te komen wordt in de second opinion, in afwijking van het eerste onderzoek, een discussiezone gedefinieerd, de gele zone in Figuur 8 (rode en oranje zone betekent conform definitie SBR A-richtlijn kans op mijnbouwschade, groene zone betekent geen kans op mijnbouwschade). De ondergrens voor deze (gele) discussiezone is gebaseerd op de volgende afwegingen: De ondergrens is gelijk aan de bovengrens (1 procent schadekans, grens tussen gele en oranje zone) gedeeld door de partiële veiligheidsfactor voor gevoelige gebouwen (γ s = 1.7). Hiermee kan voor extreem gevoelige gebouwen en/of bijzondere omstandigheden een extra afweging worden gemaakt die recht doet aan uitzonderlijke gevallen. Introductie van deze extra veiligheidsfactor ondervangt ook mogelijke onzekerheid 11/50

12 m.b.t. de berekende trillingssnelheid door bijvoorbeeld een extreem slappe ondergrond of hoogteverschillen. De ondergrens van de gele zone valt samen met een 0.14% (empirische GMPE met event-term) of 0.18% (empirische GMPE zonder event-term) kans op schade, vergelijkbaar met een toetsing van de mediaan plus bijna twee standaardafwijkingen aan de gewone grenswaarde. Dit resulteert (aangenomen dat sprake is van een aselecte steekproef) tot iets minder dan 1 op de 700 foute uitsluitingen 8. Een dergelijke kans wordt verdedigbaar geacht, zeker ook omdat er getoetst wordt op cosmetische schade en dus nog geen constructieve schade met veiligheidsrisico s. Trillingen in het groene gebied zijn dusdanig laag dat deze wegvallen in de achtergrondtrillingen zoals trillingen van verkeer en normaal gebruik van een woning. Wanneer de V d -waarde boven de grens tussen het gele en groene gebied ligt en bevingen gezien de beschikbare informatie een mogelijke verklaring vormen voor de opgetreden schade, dan wordt de casus besproken tussen de second opinion bureaus zodat op basis van unanimiteit een oordeel wordt gegeven. Hier worden ook de resultaten uit de bezichtigingen bij betrokken. 8 Uitgaande van het empirische GMPE met event-term, omdat de maatgevende beving meestal berekend kan worden met event-term. 12/50

13 Figuur 8 Motivatie schadekansen 2. Onzekerheden in de berekende trillingswaarde. In de second opinion wordt gebruik gemaakt van het empirische GMPE. Het voordeel van dit model is dat het (in tegenstelling tot bijv. het V0-, V4- of V5-model) specifiek bedoeld is om de trillingen van bevingen veroorzaakt door de gaswinning in het Groningen-gasveld te beschrijven, en daarbij rekening houdt met verschillen in bijvoorbeeld bevingstypes door per beving een specifieke correctieterm (event-term) te hanteren. Hierdoor is er een betere match tussen metingen en berekeningen, zie bijvoorbeeld de beving in Hellum (M3.1) in Figuur 9. 13/50

14 Figuur 9 Vergelijking tussen GMPE-model en resultaten KNMI-stations (PGV mean ) Het empirische GMPE is het meest betrouwbaar toe te passen door gebruik te maken van de event-term. Voor bevingen die niet zijn opgenomen in het empirische GMPE wordt in dit onderzoek het generieke empirische GMPE (dus zonder event-term en met meer onzekerheid) toegepast. Het gehanteerde model omvat alle KNMI-metingen, dicht onder het maaiveld, van vrijwel alle bevingen sinds 2006 met een magnitude groter dan 1.8. Tenslotte, in de beoordeling van de second opinion wordt een toetsing uitgevoerd op schadekansen in plaats van op een trillingswaarde. In deze schadekans worden alle onzekerheden zoals onzekerheden in de berekende trillingen en onzekerheden in de gevoeligheid van gebouwen meegenomen. 5. Uiteindelijke beoordeling Samengevat komen wij tot de volgende afwijkingen ten opzichte van het eerste onderzoek: 1. In het eerste onderzoek is de SBR A-richtlijn:2002 [SBR 2002] gehanteerd, in de second opinion wordt de meer recente SBR Trillingsrichtlijn:A Schade aan bouwwerken:2017 [SBR 2017] gehanteerd. Dit leidt slechts tot beperkte wijzigingen (m.n. bij de toekenning van de gebouwcategorie). 2. In het eerste onderzoek is het V0-model gehanteerd. In de second opinion wordt het empirische GMPE gehanteerd. Het empirische GMPE is nauwkeuriger voor aardbevingen in het verleden en is specifiek ontwikkeld voor de Groningse situatie op basis van gemeten trillingen van KNMI-meetstations. Het is daardoor beter in staat om de trillingen van aardbevingen uit het verleden te bepalen, en daarmee een correlatie met eventueel ontstane schade te leggen. 3. In het eerste onderzoek wordt (een mediane waarde van) V top getoetst aan de grenswaarde uit de SBR A-richtlijn. De second opinion bureaus erkennen dat dit een schadekans van 1 procent oplevert bij een aselecte steekproef en wanneer er geen sprake is van 14/50

15 onzekerheden. Er is echter wel sprake van onzekerheden. Wij nemen daarom de onzekerheden mee in de beoordeling. Hierdoor wijken wij als volgt af van het eerste onderzoek: Wij hanteren een veiligheidsfactor van 1.2 op de berekende V top -waarde als onzekerheidsfactor voor de opslingering in gebouwen. Wij toetsen geen mediane waarde van het trillingsniveau, maar nemen alle onzekerheden mee in de beoordeling en toetsen een kans op schade. Wij gaan ervan uit dat een kans op schade van 1 procent onvoldoende recht doet aan specifieke uitzonderingssituaties, gegeven alle omstandigheden die spelen bij deze second opinion. Wij hanteren daarom een strengere overschrijdingskans, om de kans op foute uitsluiting significant te verkleinen. Wij toetsen in eerste instantie op een overschrijdingskans van 0.14 tot 0.18%, ofwel een kans van iets minder dan 1 op de 700 foute uitsluitingen. Een dergelijke kans wordt verdedigbaar geacht, zeker ook omdat er nu getoetst wordt op cosmetische schade en dus nog geen constructieve schade met veiligheidsrisico s. Om niet onnodig conservatief te toetsen, hanteren wij hierbij wel het volgende onderscheid: Zone Beoordeling P(schade) < 0.14% 9 Mijnbouwschade o.b.v. SBR A-richtlijn op voorhand uitgesloten 0.14% 10 P(schade) 1.00% Mijnbouwschade o.b.v. SBR A-richtlijn op voorhand onwaarschijnlijk maar niet uitgesloten. Bij afwijking van eerste onderzoek discussie tussen de drie second opinion bureaus. P(schade) > 1.00% Mijnbouwschade o.b.v. SBR A-richtlijn niet op voorhand uitgesloten. Bij afwijking van eerste onderzoek discussie tussen de drie second opinion bureaus. Met deze aanpak voorkomen wij een onnodig conservatieve beoordeling, terwijl we maximaal aansluiten bij de meest recente inzichten en het aantal foute uitsluitingen acceptabel klein maken. De uiteindelijke beoordeling van de door bevingen geïnduceerde trillingen vindt plaats conform het schema in Figuur 10. Hierbij wordt eerst vastgesteld of bevingen op voorhand kunnen worden uitgesloten als schadeoorzaak (stap 1). Op basis van deze kans op schade, de informatie uit alle rapportages en de bezichtiging wordt uiteindelijk een oordeel geveld over de oorzaak van de schade (stap 2). 9 Kans is 0.18% bij toepassing generieke empirische GMPE. 10 Idem 15/50

16 Figuur 10 Overeengekomen beoordelingskader 16/50

17 6. Bronvermelding [Abrahamson 1992] Abrahamson & Young, A Stable Algorithm for Regression Analyses using the Random Effect Model, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol 82, No. 1, pp , februari 1992 [Bommer 2017] Bommer et al., V5 Ground-Motion Model (GMM) for the Groningen Field, NAM, oktober 2017 [Bommer2 2017] Bommer et al., Empirical Ground-Motion Prediction Equations for Peak Ground Velocity from Small-Magnitude Earthquakes inthe Groningen Field Using Multiple Definitions of the Horizontal Component of Motion [updated model for smaller earthquakes, NAM, november 2017 [Elk 2017] Elk, J. van en D. Doornhof, Assessment of Hazard Building Damage and Risk for Induced Seismicity in Groningen, NAM, november 2017 [SBR 2002] SBR A-richtlijn:2002, Stichting BouwResearch, augustus 2002 [SBR 2017] SBR Trillingsrichtlijn:A: Schade aan bouwwerken:2017, SBRCURnet, november 2017 [VROM 1995] Rekenmodel voor de bepaling van trillingssterkte, VROM, mei 1995 [WB 2017] Schadeonderzoek Groningen Buitengebied, Technische rapportage, Witteveen+Bos, 30 maart 2017 [NLOG 2018] Site met informatie over mijnbouw in Nederland. De site wordt in opdracht van het Ministerie van Economische Zaken beheerd door TNO, Geologische Dienst Nederland 17/50

18 Memo Bijlage A Door gaswinning in het Groningen-gasveld geïnduceerde bevingen Deze bijlage bevat een overzicht van de door gaswinning in het Groningen-gasveld geïnduceerde bevingen. Per beving is de datum, locatie, magnitude en de eventuele event-term uit het empirische GMPE weergegeven. De omvang van het Groningen-gasveld is gebaseerd op gegevens van NLOG [NLOG 2018], hieromheen is een buffer getrokken van 1 km. De conclusies van deze second opinion hebben betrekking op alle bevingen binnen dit gebied, zie Figuur 11. Figuur 11 Groningen-gasveld [NLOG 2018] met geïnduceerde bevingen (grootte geeft magnitude weer) De lijst met de door gaswinning in het Groningen-gasveld geïnduceerde bevingen is weergegeven in Tabel 1. Tabel 1 Geïnduceerde bevingen in Groningen-gasveld met eventuele event-term (PGVMaxRot) Locatie Middelstum Loppersum Froombosch Tjuchem Sappemeer Overschild Westerbroek Wirdum Datum M X Y PGVMaxRot 18/50

19 Westerwijtwerd Stedum Oosterwijtwerd Oosterwijtwerd Appingedam t Zandt Eppenhuizen Slochteren Slochteren Ten Post Garrelsweer Garsthuizen Overschild Appingedam Leermens Zandeweer Kolham Farmsum Overschild Froombosch Schildwolde Meedhuizen Zuidbroek Huizinge Appingedam Roodeschool Onderdendam Garsthuizen Toornwerd Warffum Luddeweer Overschild Delfzijl Eems-Dollard (nabij Eemshaven) Huizinge Meedhuizen Slochteren Farmsum Loppersum Westeremden Uithuizermeeden Garrelsweer Overschild Middelstum Appingedam Ten Boer Holwierde /50

20 Rottum Holwierde Garrelsweer Farmsum Zeerijp Overschild Westeremden Zijldijk Overschild Noordbroek Schildwolde Meedhuizen Hoogezand Tjuchem Zeerijp Overschild Lageland Loppersum Uithuizen Wirdum Slochteren Overschild Tjuchem Siddeburen Farmsum Overschild Meedhuizen Zeerijp Loppersum Loppersum Uithuizen Veendam Scharmer Uithuizermeeden Froombosch Froombosch Wirdum Zeerijp Zandeweer Schildwolde t Zandt Steendam Wirdum Appingedam Stedum Sappemeer Startenhuizen /50

21 Westeremden Sappemeer Schildwolde Froombosch Sappemeer Westeremden Froombosch Farmsum Appingedam Westeremden Groningen Losdorp Garrelsweer Eppenhuizen Zeerijp Loppersum Steendam Zeerijp t Zandt Meedhuizen Lageland Garrelsweer Slochteren Slochteren Froombosch Froombosch Froombosch Slochteren Uithuizen Stedum Oosterwijtwerd Bierum Froombosch Luddeweer Tjuchem Zuidbroek Loppersum Ten Post Garrelsweer Leermens Slochteren Overschild Zeerijp Hellum Loppersum Middelstum Kiel-Windeweer /50

22 Kantens Uithuizermeeden Lageland Krewerd Westeremden Groningen Overschild Froombosch Froombosch Overschild Slochteren Overschild Woltersum Woltersum Siddeburen Hellum Siddeburen Westeremden Harkstede Froombosch Woltersum Zeerijp Zeerijp Uithuizen Westeremden Garrelsweer Garrelsweer Froombosch Stedum Westeremden Westeremden Wirdum Delfzijl Kolham Woltersum Appingedam Meedhuizen Wagenborgen Siddeburen Scharmer Zandeweer Appingedam Sappemeer Uithuizermeeden Winneweer t Zandt Overschild /50

23 Ten Post Froombosch Loppersum Harkstede Wirdum Appingedam Ten Boer Middelstum Roodeschool Loppersum Woudbloem Lageland Sappemeer Oosterwijtwerd Delfzijl Wagenborgen Oosterwijtwerd Overschild Overschild Schildwolde Tjuchem Appingedam Huizinge Siddeburen Noordbroek Westeremden Oosterwijtwerd Lageland Garrelsweer Scharmer Sappemeer Garrelsweer Westerwijtwerd Middelstum Harkstede Lageland Sappemeer Ten Post Overschild Loppersum Lageland Godlinze Hellum Garrelsweer Wirdum Hoogezand Garrelsweer /50

24 Overschild Delfzijl Steendam Garmerwolde Wirdum Garrelsweer Westeremden Loppersum Rottum Delfzijl Wirdum Ten Post Westeremden Lageland Schildwolde Lageland Ten Post Garrelsweer Appingedam Garrelsweer Oosterwijtwerd Godlinze Appingedam Appingedam Westeremden Westeremden Harkstede Westeremden Eppenhuizen Garrelsweer Garsthuizen Delfzijl Oldenzijl Overschild Appingedam Overschild Zeerijp Eppenhuizen Middelstum Harkstede Harkstede Harkstede Krewerd Lageland Wirdum Lageland Lageland /50

25 Harkstede Woudbloem Westeremden Zuidbroek Zeerijp Middelstum Westerwijtwerd Stedum Garsthuizen Leermens Schildwolde Middelstum Froombosch Loppersum Overschild Garmerwolde Froombosch Wirdum Kolham Appingedam Westeremden Meedhuizen Tjuchem Wetsinge Siddeburen Onderdendam Ten Post Loppersum Garsthuizen Loppersum Usquert Garrelsweer Wirdum Hellum Holwierde Harkstede Loppersum Middelstum Lageland Rottum Schildwolde Loppersum Loppersum Garsthuizen Overschild Middelstum Uithuizermeeden /50

26 Delfzijl t Zandt Westeremden Westeremden Appingedam Sappemeer Zeerijp Appingedam Garsthuizen Delfzijl Wirdum Tripscompagnie Holwierde Wirdum Huizinge t Zandt Appingedam Wirdum Scharmer t Zandt t Zandt Stedum Lageland Zeerijp Kropswolde Meedhuizen Farmsum Siddeburen Overschild Garrelsweer Schildwolde Ten Post Groningen Steendam Wirdum Hoogezand Garrelsweer Appingedam Ten Post Waddenzee (nabij Eemshaven) Woudbloem Garrelsweer Woudbloem Eppenhuizen Overschild Froombosch Overschild /50

27 Leermens Froombosch Middelstum Wirdum Zuidbroek Godlinze Zijldijk Tjuchem Wagenborgen Tjuchem Hellum Lageland Lageland Noordbroek Froombosch Slochteren Krewerd Luddeweer Groningen Schildwolde Ten Post Uithuizen Slochteren Zandeweer Schildwolde Slochteren Kolham Appingedam Westeremden Farmsum Appingedam Loppersum Eems-Dollard (nabij Emden) Garrelsweer Nieuwolda Westerwijtwerd Sappemeer Lellens Ten Post Overschild Siddeburen Overschild Sappemeer Hellum Loppersum Sappemeer Eemshaven /50