themaVersterkingen voor of na aardbevingen1201554themaVersterkingenvoor of naaardbevingenDiverse oplossingen voor (preventieve) versterking van opaardbevingen belaste constructiesVersterkingen voor of na aardbevingen 12015 551 Gewapende elastomeeropleggingen makenhet mogelijk een constructie te scheidenvan bewegingen in de fundering2 Een vaak toegepaste methode voor hetversterken van betonstructies is het aan-brengen van spuitbetonHet kan nodig zijn constructies in gebiedenmet verhoogd risico op aardbevingen teversterken, hetzij preventief, hetzij na schadedoor een aardbeving. Hiervoor zijn diverseoplossingen beschikbaar. Bij het bepalen vande oplossingsrichting wordt naast hetontwerp, bijvoorbeeld ook conditie, veroude-ring en krachtsafdracht van de bestaandedraagconstructie geanalyseerd.De beste versterking (in ontwerp of bestaande bouw) en/ofreparatie kan worden gekozen na een uitgebreide analyse vaneen aantal zaken. Daaronder vallen de constructie en de seis-mologie van de specifieke locatie. Hieruit kan volgen dat maat-regelen nodig zijn om:- de sterkte te verhogen;- de ductiliteit te verhogen;- de fundering los te koppelen van de constructie.Constructiesterkte structureel verhogenEr zijn diverse methoden om de sterkte van een constructie struc-tureel te verhogen. Deze worden hieronder globaal toegelicht.SpuitbetonEen vaak toegepaste methode voor het versterken van beton-constructies is het toepassen van spuitbeton (foto 2). Veelalwordt hiervoor de droge spuitmethode toegepast. Met behulpvan lucht onder hoge druk wordt droge spuitmortel op hetbetonoppervlak gespoten. Ook wordt water toegevoegd bij despuitmond. De lagere waterdosering maakt deze methodeminder gevoelig voor krimp, waardoor in grotere laagdiktenkan worden gewerkt. Het wordt in de infra-, water-, industrie-,woning- en utiliteitsbouw toegepast. Een voorbeeld van eentoepassing is het versterken van bestaande elementen doormiddel van het opdikken met of zonder toevoeging van wape-ning van kolommen, balken, stabiliteitswanden, vloeren enzo-voort. Deze methode kan zowel in open als gesloten ruimtenworden toegepast, wat betekent dat ze ook geschikt is voortoepassing aan de binnenzijde van gebouwen.De sterkte van spuitbeton is zeer hoog vanwege de goedeverdichting en optimale laagopbouw. Het aanbrengen vanspuitbeton vraagt echter wel om specialistische kennis en eenbrede ervaring.1Christian CarlieFreyssinet Nederland2themaVersterkingen voor of na aardbevingen12015563 Steunberen van gewapend beton maken een gebouw bestand tegenhorizontale seismische belasting4 Kruisschoren zorgen voor ondersteuning in het horizontale vlak endaarmee voor een verdeling van de zijwaartse krachten5 Dynamische isolatie in combinatie met viskeuze (vloeistof)dempingzorgt voor betere energieabsorptierichting en 30% daar dwars op. Het koolstofweefsel verzekertde versterking (in twee richtingen) en het bindmiddel zorgtvoor de krachtsoverdracht tussen de vezels onderling en tussende vezels en de constructie door verlijmen.Het toepassen van gelijmde wapening heeft als voordeel dat hetde constructie niet verzwaart en nauwelijks verstijft. Dit voor-komt het aantrekken van extra seismische belasting en daarmeeeen overbelasting van met name de fundering. Niet alleen hetaanbrengen van lijmwapening is een specialistische methode,ook voor de bijbehorende berekeningen is een specialist nodig.BetonreparatieConstructies die schade hebben opgelopen door een aardbe-ving vertonen vaak scheuren en barsten. De meest toegepastemethode om dit type beschadiging te herstellen, is door deopeningen (constructief) te injecteren en herprofileren. Epoxy-harsen hebben de beste eigenschappen voor constructieveinjecties, mede doordat ze een hoge trek- en druksterktehebben en krimpvrij zijn. Meer over het hoe en wat van injecte-ren is te lezen in Betoniek Standaard 16/07 ? Dicht die scheur!Versterking met voorgespannen diepwandenEen andere methode om de constructie (preventief) te verster-ken, is het plaatsen van voorgespannen diepwanden. De voor-spankabels kunnen hierbij horizontaal of verticaal wordengeplaatst. Bij horizontaal geplaatste kabels worden de uiteindenvan de diepwanden verbonden, om zo een opgesloten en stijveconstructie te cre?ren.Versterking met (externe) voorspanningConstructie elementen kunnen waar nodig ook wordenversterkt met (externe) voorspanning. Wel dient hier rekeningte worden gehouden met het mogelijk vergroten van de stijf-heid, hetgeen in statisch onbepaalde constructies weer belastin-gen kan aantrekken. Bij hoogbouw kan het van belang zijn deconstructie verticaal te koppelen aan de fundering middelsvoorspanning, om een eventueel omvallen van het gebouw tevoorkomen. Bij het introduceren van (extra) voorspanning is ermogelijk aanvullende wapening benodigd in de inleidingszonesvan de voorspankrachten.Versterking met externe steunberenHet versterken van gebouwen is ook mogelijk door hetaanbrengen van zogenoemde steunberen van gewapend betonaan een of beide zijden van het gebouw (foto 3). Een steunbeeris een massieve uitspringende verzwaring in de wand van eengebouw en is veel toegepast in gotische kerken. Deze methodemaakt een gebouw bestand tegen horizontale seismische belas-ting en zorgt ervoor dat belastingen worden overgebracht naarde fundering. De fundering van de steunberen versterkt tevensde fundering van de constructie.LijmwapeningEen andere, veelvuldig toegepaste methode voor het versterkenvan gewapend beton, is het aanbrengen van uitwendige lijmwa-pening. Deze lijmwapening wordt aangebracht aan de buiten-zijde in de trekzone van de te versterken constructie en kanworden toegepast bij kolommen, balken en wanden, maarbijvoorbeeld ook bij het versterken van metselwerk.Lijmwapening is een composiet van een weefsel koolstofvezelsmet een synthetisch bindmiddel (hars) dat zich, koud aange-bracht, volledig vasthecht aan het draagvlak. Het weefsel isopgebouwd uit 70% van de koolstofvezels in de hoofddraag-3Versterkingen voor of na aardbevingen 12015 57Versterking met kruisschorenOndersteuning in het horizontale vlak met behulp van schoren,maakt het mogelijk de zijwaartse krachten op het gebouw overte brengen naar de verticale ondersteuningselementen en zogelijkmatiger te verdelen (foto 4). De schoren moeten zijnbestand tegen de horizontale belasting in dat vlak op elkeverdieping van het gebouw en ze moeten de dynamische belas-ting overbrengen naar de fundering.Versterking met schoren met energie dissiperendevoorzieningenDe genoemde schoren kunnen worden voorzien van aard-schokbestendige voorzieningen (foto 5). Deze viskeuze, energiedissiperende voorzieningen hebben een zeer hoge dempings-capaciteit en zijn met name effici?nt bij korte trillingen. Dedempingscapaciteit biedt goed tegenwicht tegen de verhoogdestijfheid, die het gevolg is van de toevoeging van schoren.Versterking met schoren voorzien van hysteresischedempingWanneer een gebouw met meerdere verdiepingen over degehele hoogte is voorzien van bijkomende ondersteuning,54themaVersterkingen voor of na aardbevingen12015586 Versterking van een kolom-balkaansluiting met behulp vankoolstofweefsel en extra koolstofverankering7 Bij gebruik van pendelopleggingen kan een constructie tenopzichte van de fundering bewegen langs een bolrond oppervlakknooppunten ? werkende in het elastische gebied ? te versterkenen door het opsluiten van plastische scharnieren. Opvolgend wordteen aantal kritieke zones besproken.KnooppuntenOm problemen op te lossen met de lay-out van de wapening ofontwerpfouten in kolomliggerverbindingen (gebrek aan dwars-versterking van de wapening), kunnen deze knooppuntenworden opgesloten of versterkt door ze in te pakken. Dit kanmet behulp van stroken koolstofweefsel, extra wapening of hetaanbrengen van (droog) spuitbeton.Ommanteling kolommenDe ductiliteit van kolommen van gewapend beton in construc-ties met dragende portalen kan, zonder de stijfheid te verho-gen, worden verbeterd door ze te ommantelen met behulp vankoolstofvezel wapeningsstroken. Voor grote secties worden dewapeningsstroken verankerd in het beton door het toepassenvan koolstofankers.Versterking hoekkolommenOmdat hoekkolommen horizontale schuifkrachten in even-wicht moeten houden en een relatief lage verticale belastingmoeten dragen, zijn zij in feite het meest kwetsbaar. De uitein-den van de kolommen kunnen worden versterkt met strokenkoolstofweefsel (TFC) of door middel van extra verankering(foto 6). Door het toepassen van deze oplossing wordt deductiliteit aanzienlijk verhoogd.De constructie scheiden van de funderingEen andere methode om gebouwen en/of constructies tebeschermen tegen een aardbeving, is de constructie isolerenvan bewegingen in de grond. Dit kan worden bereikt door hetplaatsen van een trillingsisolatie aan de fundering. Een aantalmogelijke methoden wordt hieronder beschreven, die zoweltijdens het ontwerp van een constructie als achteraf kunnenworden toegepast.Gewapende elastomeeropleggingenDe horizontale flexibiliteit van gewapende elastomeeropleggin-gen en hun hoge vervormingscapaciteit onder verticale belas-ting, maakt het mogelijk de constructie te scheiden van bewe-gingen in de fundering (foto 1). Dankzij hun elastische aardplaatsen deze opleggingen de constructie na een aardbevingweer in het midden.Dynamische isolatorenMet het aanbrengen van dynamische isolatoren wordt als hetware een filter geplaatst tussen de fundering en de constructie.De werking ervan is afhankelijk van de belasting en snelheidmoeten schoren die parallel aan elkaar functioneren zijnbestand tegen dezelfde belasting, ongeacht hun bewegingen.Specifiek voor dit fenomeen zijn schoren ontwikkeld dieworden voorzien van hysteresische demping en een systeemvoor progressieve post-elastische verstijving in het werkgebied.Dit maakt het mogelijk de krachten in de schoren gelijkmatig teverdelen, om zo een overbelasting van schoren en knooppun-ten te voorkomen.Oplossingen voor funderingsversterkingAls het funderingssysteem dat wordt gebruikt om verticale enhorizontale belasting van het gebouw over te dragen op debodem, niet voldoet, kan het worden versterkt door middel vanonderstoppingen. Dit kan op de volgende manieren:- Het versterken van de fundering door de funderingspalen tekoppelen met liggers van gewapend beton of door gebruikvan systemen met schoren en voorgespannen trekstangen;- Door het toepassen van micropalen, zelfs in zeer kleineruimten, door gebruik te maken van compacte boorappara-tuur;- Met trekpalen of -ankers, wanneer het gewicht van deconstructie onvoldoende is om stabiliteit te garanderen.Verbeteren ductiliteitOm de hoeveelheid energie die een constructie kan opnemen telaten toenemen, kan het nodig zijn de ductiliteit van een construc-tie te vergroten. Ductiliteit of vervormbaarheid is de mate waarineen materiaal plastische vervorming toelaat. De ductiliteit van eenconstructie in het algemeen kan worden vergroot door kritische6Versterkingen voor of na aardbevingen 12015 59ren. In dat geval zijn ze ofwel gemaakt van materiaal met eenhoge mate van interne demping (HDRB-type), ofwel zijn zevoorzien van een loden inzetstuk (LRB-type) dat deformeert bijvervorming. Deze soorten opleggingen zijn onderhoudsvrij. Zemoeten na zware aardbevingen worden ge?nspecteerd enmogelijk worden vervangen.Voor een betere energieabsorptie ter hoogte van de verbindingtussen de constructie en de fundering, kan dynamische isolatieook worden gecombineerd met viskeuze (vloeistof)demping.Dit maakt het mogelijk een interne dempingsco?ffici?nt vanmeer dan 50% te bewerkstelligen.PendelopleggingenBij gebruik van pendelopleggingen kan een constructie tenopzichte van de fundering bewegen langs een bolrond opper-vlak (foto 7). De straal hiervan bepaalt de eigen frequentie vande vrijstaande constructie. Na een aardbeving plaatsen deopleggingen de constructie weer in het midden. Bovendienabsorbeert de wrijving tussen de oplegging en het glijdendevlak een deel van de seismische energie.OplossingsrichtingenWereldwijd vinden relatief veel aardbevingen plaats. Hierdooris al veel kennis opgedaan over het repareren en (preventief)versterken van constructies in deze gebieden. De specifiekekennis en ervaring kan worden ingezet voor het preventiefversterken en repareren van woningen en gebouwen in Gronin-gen. In tabel 1 is een beknopt overzicht te vinden van de oplos-singsrichtingen. van belasten. Om de dynamische isolatoren onder de vloer vanbijvoorbeeld een gebouw te kunnen plaatsen (en belasten), zijnover het algemeen bijzondere voorzieningen nodig. Dit aange-zien de constructie niet permanent kan worden verhoogd.Denk hier bij aan:- het aanbrengen van uitsparingen tussen de wanden en devloer;- het maken van inkepingen in kolommen en plaatsen vanisolatoren.Bij dit type werkzaamheden worden tijdelijk constructiesgeplaatst om de te behandelen gebieden te ontlasten zonderdeze te destabiliseren. Vervolgens worden de uitsparingen en/of inkepingen in de kolommen gemaakt, zodat de seismischeisolatievoorzieningen kunnen worden geplaatst. Veelal wordende constructies plaatselijk versterkt.Dynamische isolatoren kunnen ook een dempende functievervullen door een deel van de seismische energie te absorbe-Tabel 1 Overzicht van de oplossingsrichtingenspecialismenoplossingen nieuwbouw reparatiesterkte verbeteren - paraseismisch ontwerp- voorspanning- spuitbeton- externe voorspanning- koolstofweefsel (Foreva? TFC)- micropalenductiliteit verbeteren - B15EPAD-demping (ElastoPlastic Axial Damper)- EPAD-demping metTRANSPEC?- koolstofweefsel (Foreva? TFC)- scharnierwerking cre?renconstructie van defundering verbeteren- ISOSLABTM- TRANSPEC?-demper- fundering loskoppelen, opleggingenisoleren- dempers, elasto-plastische dempers7