50 Veiligheid uitkragende betonvloeren 1 Protocol constructieve veiligheid uitkragende betonvloeren galerijflats uit 1955-1970 veiligheid uitkragende betonvloeren 5 2013 51 Het incident van de Antillenflat stond niet op zichzelf. De schade was aanleiding voor twee woningcorporaties (Woon- Friesland en Elkien) om, in samenspraak met de gemeente Leeuwarden, elf andere flats met een gelijksoortige constructie uit dezelfde bouwperiode te onderzoeken. Dat onderzoek heeft ertoe geleid, dat bij zes van de elf gebouwen maatregelen zijn genomen om de constructieve veiligheid te verbeteren. Verantwoordelijkheid constructieve veiligheid Een eigenaar van een bouwwerk is verantwoordelijk voor de constructieve veiligheid ervan. In de Woningwet zijn regels opgenomen over de eisen te stellen aan bestaande gebouwen; nadere bepalingen zijn opgenomen in Bouwbesluit 2012 en in NEN 8700. Bij zichtbare gebreken zal de eigenaar of zijn beheerder zich doorgaans bewustzijn van zijn verantwoorde- lijkheid en indien nodig maatregelen nemen. De gemeente kan de eisen handhaven door eigenaren aan te schrijven en maat- regelen af te dwingen. Bij de Antillenflat waren er echter geen constructieve gebreken zichtbaar en was geen sprake van achterstallig onderhoud. Ook de andere, onderzochte flatgebouwen waar maatregelen zijn genomen, vertoonden geen zichtbare gebreken die aanleiding waren te twijfelen aan de constructieve veiligheid. Dit illus- treert dat het op goede wijze omgaan met het borgen van de constructieve veiligheid van bestaande bouwwerken, zowel van de eigenaar als van de gemeente, een proactieve houding vraagt. Het opgestelde protocol beoogt hiervoor een handvat te geven aan eigenaren/beheerders, ingenieurs en gemeenten. Normaliter mag worden aangenomen dat de constructieve veiligheid van een bouwwerk bij oplevering voldoet aan de wettelijke eisen. Er kunnen echter verborgen onvolkomenhe- den aanwezig zijn en in de loop der jaren kunnen vervolgens gebreken (bijvoorbeeld corrosie) en omstandigheden (bijvoor - beeld andere belasting) ontstaan die de constructieve veiligheid doen afnemen. Daarom behoort een eigenaar/beheerder met enige regelmaat zich ervan te vergewissen dat de constructieve veiligheid (nog) voldoet. Om onnodige kosten te vermijden, kan dat het beste gebeuren op een risicogestuurde wijze. Met de ervaringen uit Leeuwarden is geconcludeerd, dat een onderzoek en beoordeling van de constructieve veiligheid van aan de buitenlucht blootgestelde, uitkragende, betonnen galerij- en balkonplaten, na een levensduur van meer dan 40 jaar noodzakelijk is. Risico's Uit de onderzoeken aan de uitkragende vloeren in Leeuwarden zijn drie specifieke risico's met betrekking tot de constructieve veiligheid gebleken: ? putcorrosie van de wapening; ? een lagere ligging van de wapening dan waarvan is uitgegaan in het ontwerp; ? een hogere belasting op de vloerplaten dan waarvan is uitge- gaan bij het ontwerp. In mei 2011 brak een uitkragende, betonnen galerijplaat van de Antillenflat in Leeuwarden af. In de val naar beneden bezweken ook de ondergelegen galerijplaten. Een door putcorrosie aangetaste wapening was de belangrijkste oorzaak. Mede naar aanleiding daarvan heeft het Platform Constructieve Veiligheid, in overleg met het ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties en de koepel van woningbouw- corporaties Aedes, een protocol opgesteld voor onderzoek naar en beoordeling van de constructieve veiligheid van uitkragende betonvloeren van galerijflats. ing. Martin de Jonker SGS INTRON ir. Dik- gert Mans Meged Engineering&Consultancy ir. simon Wijte Adviesbureau ir. J.G. Hageman 1 De Antillenflat in Leeuwarden na het afbreken van de galerijplaten 2 Gecorrodeerde wapening ter plaatse van het breukvlak, direct naast een dilatatie 2 veiligheid uitkragende betonvloeren 5 2013 52 kritische doorsnededekvloer betondekkingbovenwapening betonnen draagvloer afvoergoot Beoordeling constructieve veiligheid De publiekrechtelijke bouwregelgeving stelt minimumeisen aan de constructieve veiligheid van bestaande constructies. In het Bouwbesluit wordt hiervoor verwezen naar NEN 8700 waarin een en ander nader is uitgewerkt. Uitgangspunt bij het toetsen is de constructie zoals die er staat, met de feitelijke afmetingen en materiaaleigenschappen. De restlevensduur die bij de beoor - deling van bestaande constructies volgens NEN 8700 wordt gehanteerd, bedraagt een jaar. De eigenaar van het bouwwerk zal doorgaans een langere tijdshorizon voor ogen hebben. Ook in geval van verkoop, aankoop, renovatie of herontwikkeling zal er behoefte zijn aan een beoordeling met hogere dan de publiekrechtelijke eisen. Het protocol is allereerst opgesteld voor een beoordeling van de constructieve veiligheid getoetst aan de minimumeisen behorende bij een restlevensduur van een jaar. Daarnaast biedt het ook voldoende informatie om iets te zeggen over de constructieve veiligheid bij een langere tijdshorizon. In de praktijk wordt voor bestaande gebouwen in dat verband vaak een restlevensduur van 30 jaar gehanteerd (dit komt overeen met het verbouwniveau volgens NEN 8700). De voorgeschreven opgelegde belastingen op galerijvloeren en balkons bestaan uit een gelijkmatig verdeelde belasting en, voor plaatselijke toetsingen, een lijnlast of een puntlast. Bij uitkragingen van circa 1,20 m blijkt de lijnlast, geplaatst op de vloerrand direct naast een dilatatie, vaak maatgevend. Toepas- sing van de vloeilijnentheorie biedt soms een uitweg: niet de lijnlast maar de gelijkmatig verdeelde belasting kan dan maat- gevend zijn. In [1] is een voorbeeld uitgewerkt. (Voor een verantwoorde toepassing van de vloeilijnentheorie moet de constructie plastisch kunnen vervormen; indien sprake is van putcorrosie is dat niet het geval.) Beschikbare onderzoeksmethoden Informatie over het constructief ontwerp, de uitvoering en het onderhoud vormt een belangrijk vertrekpunt. Weliswaar zijn tekeningen nog geen garantie dat de constructie zo is uitge- Putcorrosie Putcorrosie ontstaat door chloriden in combinatie met water en zuurstof. Het leidt tot een lokale afname van de doorsnede van een wapeningsstaaf. De corrosie is, zeker bij kleine staaf- diameters, zo gering in volume dat de betondekking niet wordt afgedrukt (dat is bij corrosie door carbonatatie meestal wel het geval). De buitenzijde van de betonconstructie verraadt dus niet het inwendig optredende corrosieproces (foto 2). De in de platen van de Antillenflat en drie andere flatgebouwen aangetroffen chloriden zijn van buitenaf ingedrongen en vermoedelijk afkomstig uit dooizouten; de chloriden zijn alleen aangetroffen in galerijplaten en niet in balkonplaten. Via scheu- ren in de betondekking kunnen chloriden relatief snel de constructie indringen. De kans op putcorrosie is dus groot bij aanwezigheid van chloriden in combinatie met (buig)scheuren. Zijn de chloriden eenmaal de betondekking ingedrongen tot op de wapening, dan kan het corrosieproces beginnen en door - gaan, ook wanneer wordt voorkomen dat nieuwe chloriden indringen. Het tempo waarin door corrosie de wapeningsdoor - snede afneemt, is mede afhankelijk van de staafdiameter: bij gelijke corrosiesnelheid zal de doorsnede van een kleine staaf- diameter verhoudingsgewijs sneller afnemen dan bij een grotere diameter (de galerijvloeren van de Antillenflat waren gewapend met staven Ø6 mm!). In figuur 4 is het verloop van de resterende wapeningshoeveelheid in de tijd weergegeven, bij een aangenomen tijdstip van aanvang van het corrosieproces (na 25 jaar), een aangenomen corrosiesnelheid (0,05 mm per jaar, per zijde) en een aanname van het percentage aangetaste staven (50%). Putcorrosie doet niet alleen het draagvermogen afnemen, het leidt ook tot een bros breukgedrag: de lokaal gecorrodeerde staven kunnen geen plastische vervorming van betekenis meer ondergaan. Ligging wapening Een lagere ligging van de wapening dan waarvan is uitgegaan bij het ontwerp, komt vaker voor en leidt tot een kleinere hefboomsarm en daarmee tot een lager bezwijkmoment. Bij de geringe dikte van de betonvloeren (80?120 mm) heeft een kleine afwijking al significante gevolgen. Opgemerkt wordt dat de sterkteklasse van het beton, binnen zekere grenzen, een verwaarloosbare invloed heeft op de grootte van het bezwijk- moment. Belasting In de praktijk blijken ook het eigen gewicht en de rustende belasting nogal eens af te wijken van de aannamen in het ontwerp. Zo kan de dikte van de vloer afwijken en/of kunnen er naderhand afschotlagen zijn aangebracht. Bij toename van deze belastingen, in vergelijk met het ontwerp, zal de marge tussen het optredende moment en het bezwijkmoment afnemen. 3 veiligheid uitkragende betonvloeren 5 2013 53 0,10 0,000 10 20 30 40 50 60 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 6 pcorr = 0,05 mm/jaar/zijde t start = 25 jaar 50% van de staven aangetast 8 10 resterende wapeningshoeveelheid ouderdom t [ jaren] 3 Schematische weergave van uitkragende betonvloeren 4 Verloop van de relatieve wapeningsdoorsnede in de tijd door corrosie worden waargenomen en/of via beproeving van monsters het chlorideprofiel over de hoogte van de betondekking kan worden vastgesteld; ? potentiaalmetingen ter indicatie van de corrosieactiviteit in de wapening ter plaatste van de inklemming; hiermee worden die staven gelokaliseerd waar de kans op corrosie het grootst is. Door die staven bloot te hakken, wordt vastgesteld of corrosie optreedt en in welke mate. Stappenplan gebaseerd op risico's Bij het beoordelen van de constructieve veiligheid van uitkra- gende betonvloeren worden alleen die onderzoeksmethoden ingezet die noodzakelijk zijn voor de toets aan de minimum- eisen voor bestaande bouw of voor beantwoording van een uitgebreidere vraagstelling. Het onderzoek om de constructieve veiligheid te beoordelen, is in [1] beschreven. In figuur 5 is een beknopt overzicht gegeven van het stappenplan. De eerdergenoemde risico's van putcor - rosie, kleinere hefboomsarm en hogere belasting dan volgens het ontwerp, worden in samenhang bezien. Het onderzoek start met het verzamelen van de gegevens en een visuele inspectie met inzet van niet-destructieve onderzoeksmethoden. Indien voldoende informatie voorhanden is, volgt een eerste reken - kundige toets van het draagvermogen. Indien onvoldoende gegevens betreffende de wapening (diameter en materiaal- eigenschappen) beschikbaar zijn, zal voorafgaand aan die eerste toets, aanvullend destructief onderzoek nodig zijn. Indien de eerste toets niet voldoet, moeten maatregelen worden genomen om de constructieve veiligheid op niveau te brengen. Er kan dan sprake zijn van fouten in ontwerp en/of uitvoering. Indien wel aan de eisen wordt voldaan, wordt verder inge- zoomd op het risico van putcorrosie. Dit wordt, op basis van de huidige ervaringen, alleen noodzakelijk geacht voor galerij- vloeren en niet voor balkonvloeren. Indien op grond van een berekening van de buigtrekspanningen scheurvorming niet aannemelijk is, wordt de kans op putcorrosie gering geacht en volstaat de eerste toets. In het geval dat scheurvorming wel aannemelijk is, wordt vervolgens een toets uitgevoerd met een gereduceerde wapeningsdoorsnede. Indien aan deze toets voerd, het vormt wel een belangrijke aanwijzing. Registraties gedurende de uitvoering, zoals materiaalbeproevingen en inspectierapporten, leveren ook belangrijke informatie. Hetzelfde geldt voor inspecties, uitgevoerde betonreparaties en ander onderhoud gedurende het gebruik. Bij de eigenaar is veelal geen of een beperkt archief aanwezig van het constructief ontwerp en van registraties tijdens de uitvoering; van beton- reparaties en ander onderhoud zijn vaak wel gegevens beschik- baar. Vaak biedt het archief van de gemeente uitkomst. In de praktijk komen echter ook situaties voor waarbij geen gegevens meer zijn te achterhalen. Hoe meer gegevens men uit archieven kan verkrijgen, hoe efficiënter het onderzoek kan worden gepland en uitgevoerd. Wanneer gegevens ontbreken, zullen deze door onderzoek in het werk moeten worden vastgesteld. Onderscheid kan worden gemaakt in niet-destructieve en destructieve onder - zoeksmethoden. De niet-destructieve onderzoeksmethoden omvatten in dit verband: ? inmetingen van de constructie en de bouwkundige afwerkin- gen (vloerdikten, uitkragende lengte, plaats dilataties, afschot, borstwering, andere afwerkingen); hiermee worden het eigen gewicht, de rustende belastingen en de constructieafmetin - gen vastgesteld; ? elektromagnetische metingen en radar; hiermee wordt de wapeningsconfiguratie en hoogteligging van de wapening in de constructie vastgesteld en kan de wapeningsdiameter worden geschat. De destructieve onderzoeksmethoden omvatten in dit verband: ? vrijhakken van de wapening om de diameter van de toege- paste wapening vast te stellen; ? uitnemen van een deel van een wapeningsstaaf om met een trekproef het spanning-rekdiagram vast te stellen; ? het boren van betonkernen zodat de dekking kan worden gemeten, de aanwezigheid van een eventuele buigscheur kan Ervaringen melden Het Platform Constructieve Veiligheid wil graag ervaringen verza- melen die zijn opgedaan met het protocol. Zo nodig kan dan op basis van deze ervaringen na enige tijd het protocol worden aangepast. U wordt dan ook opgeroepen uw ervaringen te melden via www.platformconstructieveveiligheid.nl. 4 veiligheid uitkragende betonvloeren 5 2013 54 nee ja n ee nee nee ja ja ja ja n ee Stap 1. Verkennend onderzoek vloerconstructies en belastingen uitkragende betonnen vloeren van galerijats Voldoende informatie over de constructie? Stap 2. Aanvullend onderzoek naar de wapening Stap 3a. Constructieve beoordeling (verkennend) Voldoet constructie aan eisen bestaande bouw? Voldoet constructie aan eisen bestaande bouw? Maatregelen treen Stap 3b. Constructie voldoet Stap 4a. Destructief onderzoek ter verkrijging van informatie over de kans op putcorrosie Chloride 0,4% t.p.v. wapening en ontbreken van een scheur Stap 5. Aanvullende constructieve beoordeling Stap 4b. Destructief onderzoek ter verkrijging van informatie over aanwezige corrosie Voldoet constructie aan eisen bestaande bouw? Constructie voldoet Constructie voldoet Maatregelen treen 5 Stroomschema met beknopt overzicht van het stappenplan Absolute zekerheid kan alleen worden verkregen door alle vloerplaten volledig te onderzoeken; om te komen tot verant- woorde uitspraken is dat echter niet nodig. In [1] zijn aanwij- zingen voor een verantwoord aantal te onderzoeken platen opgenomen. Voor in het bijzonder de destructieve onderzoe- ken is het aantal te onderzoeken platen, ter vermijding van hoge onderzoekskosten, beperkt. Maatregelen indien constructie niet voldoet Indien aan de uiteindelijk maatgevende rekenkundige toets niet wordt voldaan, zijn op korte termijn maatregelen nodig. De omvang en aard van de maatregelen zijn afhankelijk van de onderzoeksresultaten. Een tijdelijke lastbeperking, in afwach- ting van meer constructieve maatregelen, is voor de punt- en lijnlast denkbaar. Voor de gelijkmatig verdeelde belasting lijkt dit minder realistisch vanwege de handhaafbaarheid. Verder kan worden gedacht aan tijdelijk onderstempelen in afwachting van het constructief versterken. Tot slot rest de mogelijkheid de galerijen en/of balkons te vervangen. De Antillenflat heeft laten zien dat daarmee, naast voldoende veiligheid, tegelijkertijd een algemene kwaliteitsverbetering wordt bereikt. Besluit Het onderzoek en de beoordeling volgens het stappenplan biedt geen absolute garantie, maar bij deskundige toepassing zijn de risico's met betrekking tot constructieve veiligheid voldoende klein. Deskundigheid is van belang bij de opzet van het onder - zoek, de selectie van de te onderzoeken platen, de interpretatie van de onderzoeksresultaten en de rekenkundige toetsen. Benadrukt wordt dat de in het stappenplan opgenomen toets van de constructie met gereduceerde wapeningsdoorsneden is gebaseerd op aannamen ten aanzien van corrosiesnelheid, aanvangsmoment van de corrosie en percentage aangetaste staven. Deze aannamen zijn enigszins arbitrair, aangezien er op dit moment nog weinig kwantitatieve informatie beschikbaar is. Ervaringen uit de praktijk met het hier beschreven onder - zoek zullen in de toekomst wellicht meer informatie opleveren. Dat is ook gewenst in verband met de in het protocol geadvi- seerde geldigheidsduur van uitspraken en herhalingstijd van het onderzoek. ? ? LIteRA tuuR 1 CUR-rapport 248: Onderzoek naar en beoordeling van de constructieve veiligheid van uitkragende betonnen vloeren van galerijflats. wordt voldaan, wordt verondersteld dat een eventueel gestart corrosieproces nog niet zover gevorderd is dat de constructieve veiligheid niet meer voldoet. Als aan de toets met de geredu- ceerde wapeningsdoorsnede niet wordt voldaan, wordt verder ingezoomd op het risico van putcorrosie. Hierbij worden destructieve onderzoeksmethoden ingezet om het chloride- profiel in de betondekking op de wapening vast te stellen en de aanwezigheid van buigscheuren te onderzoeken. Indien het chloridegehalte boven de gestelde grenswaarde van 0,4% uitkomt of indien buigscheuren zijn aangetroffen, wordt de kans op putcorrosie reëel geacht en volgt een vervolgonder - zoek naar het optreden en de mate van corrosie door middel van potentiaalmetingen gecombineerd met visuele waarnemin- gen van eventuele corrosie. Met op deze waarnemingen geba- seerde gegevens volgt ten slotte een laatste rekenkundige toets. Downloaden protocol Het CUR-rapport 248 'Onderzoek naar en beoor - deling van de constructieve veiligheid van uitkra- gende betonnen vloeren van galerijflats' is gratis te downloaden op www.platformconstructieveveiligheid.nl. In dit rapport is het protocol opgenomen. 5 veiligheid uitkragende betonvloeren 5 2013 5 2013 Veiligheid uitkragende betonvloeren 55 ir. Wim Meilink Ingenieursburo EconStruct Schade Antillenflat Van afbreken galerijplaat tot eigentijdse ontsluiting en grote balkons De Gemeente Leeuwarden is in het vervolgproces nadrukkelijk betrokken geweest. De bevindingen van de inspecties en onderzoeken in de dagen volgend op de calamiteit, leidden tot de conclusie dat de veiligheid van de overige galerij- en balkon- platen niet aantoonbaar op orde was. Op grond hiervan heeft de VvE in juni 2011 besloten alle balkon- en galerijplaten te slopen en een nieuwe constructie aan te brengen. Dit betekende dat de bewoners voor langere tijd elders moesten worden gehuisvest en dat zij rond de kerst 2011 weer konden terug- keren naar hun woning. Diepgaand onderzoek oorzaken Nadat het besluit tot sloop en vernieuwbouw was genomen, is naast het ontwerptraject het onderzoek naar de oorzaken intensiever doorgezet. Vastgesteld is dat het draagvermogen Toen op 23 mei 2011 een galerijplaat van de vijfde woonlaag van de Antillenflat afbrak en naar beneden viel, zat de schrik er goed in. Gelukkig vielen er geen gewonden, maar de bewoners moesten wel worden geëvacueerd bij het ontbreken van een veilige toegang tot hun woningen. De eerste vraag die opkwam, was of de overige nog aanwezige galerijvloeren en balkons wel veilig waren. De Vereniging van Eigenaren (VvE) heeft ingenieursbureau EconStruct ingeschakeld om daarover uitspraken te doen. 6 6 De nieuwe galerij, een eigentijdse ontsluiting van de woningen 5 2013 56 Veiligheid uitkragende betonvloeren 7 Impressie van de gevel met vernieuwde galerijen van de constructie op het moment van bezwijken te laag was door lokaal sterk gecorrodeerde wapening in combinatie met een lagere ligging van de wapening en een hogere, rustende belasting dan volgens de ontwerpberekeningen. De putvormige corrosie moet al vele jaren terug zijn begonnen door via een buigscheur van buitenaf ingedrongen chloriden. Op basis van de conclusies van dit onderzoek is vervolgonderzoek gedaan naar de constructieve veiligheid van gelijksoortige galerij- en balkonplaten van elf flatgebouwen in Leeuwarden. De resulta- ten van genoemde onderzoeken vormen de basis voor het ontwikkelen van het door het Platform Constructieve Veilig- heid opgestelde protocol. Ontwerp en bouw nieuwe galerijen en balkons De flat, in 1966 gebouwd naar een ontwerp van het architecten- bureau Van den Broek en Bakema, vertegenwoordigt een bijzonder gebouwtype door de stapeling van woningen in twee lagen (maisonnettes). Kenmerkend voor de oorspronkelijke gevels is de horizontale witte belijning van de galerijvloeren en balustrades. Uitgangspunt bij het ontwerp van de nieuwe galerij- en balkon- constructies was, dat deze de verticale belasting zelfstandig zouden afdragen naar de ondergrond. De bestaande construc- tie van het woongebouw wordt door het aanbrengen van een zelfdragende constructie niet extra belast. Voor de stabiliteit en horizontale belastingen wordt wel gebruikgemaakt van de bestaande constructie, maar dit leidt slechts tot een marginale aanspraak. Mede gegeven de tijdsdruk is gekozen voor een constructietype dat snel uitvoerbaar is en waar ruime ervaring mee is opgedaan: schroefinjectiepalen, stalen portalen en geprefabriceerde, gewapende betonvloerplaten. Om de oorspronkelijke horizontale belijning te behouden, heeft de architect (Heldoorn Ruedisulj Architecten) de stalen kolommen van de portalen antracietkleurig en de balkons en galerijen in wit beton laten uitvoeren. De nieuwe galerijen en balkons zijn vanwege de constructieopzet en de huidige eisen voor de vrije doorgang, breder geworden dan de oorspronke - lijke galerijen. Het wooncomfort is met de 700 mm bredere balkons enorm toegenomen. Het eindresultaat voorziet in een veilige, eigentijdse oplossing die recht doet aan de karakteris- tiek van het oorspronkelijke ontwerp. Lopend over de galerij wordt de dubbele verdiepingshoogte sterk ervaren door de opgaande kolommen. Zo ontstond onbedoeld een verwijzing naar de opgaande zuilen van oude kathedralen. ? 7