In 2011 werd de bouwwereld opgeschud door het bezwijken van een galerijvloer in een flat in Leeuwarden. Naar aanleiding daarvan vond uitgebreid onderzoek plaats naar de constructieve veiligheid van dergelijke vloeren. In Nederland bleken honderden flats te staan met een relatief groot veiligheidsrisico. Bij een deel van die flats zijn versterkingsmaatregelen nodig. Een van de oplossingen is het aanbrengen van lijmwapening.
themaToepassing NSM-wapening in galerijen7 201636themaToepassingNSM-wapeningin galerijen1Met lijmwapening kan constructieve veiligheid worden geborgdToepassing NSM-wapening in galerijen 7 2016 37In 2011 werd de bouwwereld opgeschud door hetbezwijken van een galerijvloer in een flat inLeeuwarden. Naar aanleiding daarvan vonduitgebreid onderzoek plaats naar de constructieveveiligheid van dergelijke vloeren. In Nederlandbleken honderden flats te staan met een relatiefgroot veiligheidsrisico. Bij een deel van die flats zijnversterkingsmaatregelen nodig. Een van deoplossingen is het aanbrengen van lijmwapening.Uit onderzoek door de overheid is gebleken dat er bij galerijflatsdie tussen 1950 en 1975 zijn gebouwd, een risico bestaat datuitkragende vloeren als balkons en galerijplaten bezwijken. Deoorzaken van dit risico kunnen in drie hoofdpunten wordensamengevat:? gewijzigde belastingen (bijv. nieuwe en/of dikkereafwerkvloeren, verhoogde vloeren zoals hellingbanen);? een lagere ligging van de wapening in de betondoorsnede danop tekening aangegeven;? chloriden in het beton met als gevolg (put)corrosie van dewapening.In navolging van deze bevindingen is er een onderzoeksplichtingesteld voor eigenaren en gebouwbeheerders naar deconstructieve veiligheid van dergelijke vloeren. Daartoe is eenaanpassing van het Bouwbesluit doorgevoerd, gepubliceerd inde Staatscourant (nr. 45221) op 22 december 2015. Omdiscussies over het soort en type onderzoek te beperken, isCUR-publicatie 248 `Constructieve veiligheid van uitkragendegalerijplaten' opgesteld (zie kader).Mogelijke oplossingenWanneer uit het verplicht gestelde onderzoek naar voren komtdat niet wordt voldaan aan de minimale eisen van constructieveveiligheid, moeten voorzieningen of aanpassingen wordenaangebracht om de constructieve veiligheid te borgen. Er zijnmeerdere mogelijkheden om de constructie op te waarderen.Enkele voorbeelden zijn:? Plaatsen van een staalconstructie ter ondersteuning van degalerijen. Dit kan een gestapelde constructie met fundatiezijn of een hangende constructie.? Aanpassing van de belastingen. Hierbij kunnen bijvoorbeeldafwerkvloeren worden vervangen door een lichtere afwerking.? Vervangen van de vloeren. Hierbij worden de vloerengesloopt en vervangen door bijvoorbeeld een lichtecomposietconstructie.? Koppelen van de vloeren. Dit kan zowel horizontaal alsverticaal worden uitgevoerd.? Versterken van de bestaande doorsnede met extra wapening.Op basis van lijmtechnieken kan extra wapening wordentoegevoegd aan de doorsnede. Dit kan een staal- ofkoolstofvezelversterkte polymeer zijn.? Aanbrengen van voorspanning in de doorsnede.De keuze die uiteindelijk wordt gemaakt, hangt af van eenaantal factoren. Allereerst kan de vraag worden gesteld welkeopties mogelijk zijn vanuit constructief oogpunt. Dit begint bijde doorsnede van de uitkragende vloerconstructie, gevolgddoor de gebouwdimensies. Maar zeker ook belangrijk in hetkeuzeproces zijn de kosten voor de korte en langere termijn.Dit artikel gaat in op het versterken van de bestaande door-snede van de galerijen door middel van wapening, in hetbijzonder koolstofwapening aangebracht onder de oppervlakte.Verstreken met extra wapeningEen tekort aan buigtreksterkte van de betondoorsnede kanworden opgelost door het aanbrengen van vezelversterktepolymeren, ook wel bekend als lijmwapening. De vezels diekunnen worden toegepast, zijn onder meer glasvezel, aramide-vezel, carbonvezel en basaltvezel.Er zijn verschillende manieren om de externe wapening aan teing. Edwin van Strien PMSE,ing. Sander MolenaarIngenieursbureau IOB1 Eindresultaat van een gerenoveerde galerij,waarbij de afwerkvloer is hersteld en eennieuwe vloercoating is aangebrachtCUR-publicatie 248In CUR-publicatie 248`Constructieve veiligheidvan uitkragende galerijplaten'staat een protocolover hoe de veiligheid van uitkragende galerijplaten moetworden beoordeeld en de maatregelen die moeten wordengenomen indien ze niet voldoen. De eerste versie van dezepublicatie is verschenen in 2012. In 2014 volgde een tweedeversie. Meer over de publicatie is te lezen in het Cement-artikel`Balkons en galerijplaten: veilig genoeg?'Dit artikel is te raadple-gen op www.cementonline.nl. De CUR-publicatie zelf is gratisbeschikbaar op www.sbrcurnet.nl.themaToepassing NSM-wapening in galerijen7 2016382 Uitwendig aangebrachte lijmwapening3 Nabij het oppervlak aangebrachte lijmwapening (NSM)4 In de doorsnede aangebrachte lijmwapening5 Unidirectioneel koolstofvezelkoordNSM-wapening is wapening die net onder het oppervlak wordtaangebracht. Toepasbaar zijn geprefabriceerde staven met eenvierkante of ronde doorsnede. Hierbij valt te denken aanafmetingen vari?rend tussen 6 en 14 mm. Ook kunnen kleinerechthoekige lamellen met een dikte van 1,5 ? 2,5 mm en eenhoogte van 15 ? 25 mm worden toegepast.In het geval van uitkragende vloeren kan ook een unidirectioneelkoolstofvezelkoord (foto 5) worden toegepast. Dergelijke vezelsworden in het werk ge?mpregneerd met een lamineerhars.Doordat het impregneren in het werk wordt uitgevoerd, is hetkoord flexibel ten tijde van het aanbrengen. Een afbuiging inlijn met de verankering ter plaatse van de overgang van desleufsparing naar de eindverankering ? als gevolg van deuitvoering ?, is daardoor eenvoudig te realiseren. Dit integenstelling tot vooraf gebogen staven.Dit systeem kan ook in staal worden uitgevoerd. Echter, de risico'svan deze oplossing zijn mogelijke corrosie van de wapening enafwijkingen in de uitvoering. De hellingshoek van de eindver-ankering kan tijdens de uitvoering een enkele graad afwijken.Hierdoor kan het zijn dat de vooraf gebogen staaf niet juist inde verankering past. Het risico wordt groter als het boorgathorizontaal en verticaal enigszins afwijkt.Aanbrengen koolstofvezelkoordOm het koolstofvezelkoord aan te brengen, wordt een sleuf inhet beton gezaagd (foto 6). In het geval van uitkragendevloeren wordt een gat geboord in de achterliggende constructieten behoeve van de eindverankering. Vooraf wordt debestaande wapening gedetecteerd om schade aan de wapeningbij het zagen te voorkomen. De sleuf- en gatdimensies zijnafhankelijk van de toegepaste doorsnede van de koolstofwape-ning. In de sleufsparing wordt een dunne epoxylaag aangebrachtwaarop later het met lamineerhars ge?mpregneerde koolstofvezel-koord wordt geplaatst (foto 7). Tot slot wordt ook aan debovenzijde een laag epoxy aangebracht zodat de NSM-wapening volledig is ingebed.De werkwijze van het koolstofvezelkoord is toegelicht in foto's6, 7 en 1. Hierin is achtereenvolgens te zien: de voorbereidesleufsparing, de verlijming en het eindresultaat.HefboomEen tekort aan capaciteit in uitkragende vloeren wordt in hetalgemeen veroorzaakt doordat de wapening zich te laag in dedoorsnede bevindt. Bijvoorbeeld doordat de wapening tijdens deuitvoering naar beneden is getrapt. Omdat de wapening lager inde doorsnede ligt, is de hefboomsarm kleiner en is de wapeningminder effectief. De hefboomsarm van NSM-wapening is relatiefgroot, doordat deze vlak onder het oppervlak ligt. Bij het uitwen-brengen. Deze wapening kan uitwendig worden aangebracht(fig. 2), nabij het oppervlak (fig. 3) of in de doorsnede (fig. 4).In dit artikel gaan we verder alleen in op de oplossing waarbijde wapening nabij het oppervlak wordt aangebracht. In datgeval wordt ook wel gesproken van NSM-wapening. NSM staathierin voor Near Surface Mounted.NSM-wapeningdwarsdoorsnede langdoorsnededwarsdoorsnede langdoorsnededwarsdoorsnede langdoorsnedeuitwendig aangebrachtnabij het oppervlak aangebracht (NSM)in de doorsnede aangebracht5234Toepassing NSM-wapening in galerijen 7 2016 3912354de doorsnede te bepalen, namelijk (fig. 9):? ter plaatse van de inklemming;? ter plaatse van het punt waar het moment z? groot is dat inde versterkte doorsnede de maximale capaciteit van debestaande wapening wordt bereikt;? ter plaatse van het punt met de maximale momentcapaciteitvan de bestaande doorsnede, zonder versterking.De initi?le rekken in deze doorsneden worden bepaald op hetmoment van het aanbrengen van de versterking. Hierbij moetrekening worden gehouden met de aanwezige belastingen enkruipeffecten van het beton en de belastingshistorie. Op deverschillende niveaus van en in de doorsnede kunnen de rekkenworden vastgelegd van respectievelijk beton (c;0), staal (s;0) en detoekomstige positie van de NSM-wapening (f;0) (fig. 10).De vervolgstap is de doorsnedeberekening in de eindsituatie,afgestemd op de benodigde momentcapaciteit van de door-snede. Bijbehorende rekken zijn voor beton c;u, voor staal senvoor de toekomstige positie van de NSM-wapening f. Internevenwicht in deze situatie ontstaat bij de vergelijking:Formule 1:f s c 0N N N+ + =Formule 2:s s s sN A E=Formules 3:c c;u c c;dN A f=Formule 4:( )f f f;0 f f?N A E =dig aanbrengen van lijmwapening is de hefboomsarm nog groter.Echter, NSM-wapening kent enkele voordelen ten opzichte vanuitwendig aangebrachte lijmwapening.Ten eerste is er een betere aanhechting omdat de hechting in hetvolle beton wordt gerealiseerd. Hierdoor kan de benodigdeverankeringslengte korter zijn, is er een geringere kans oponthechting door scheuroverbrugging en is er daardoor ook eenhoger ductiel gedrag van het onthechtingsmechanisme. Daar-naast is de bescherming tegen mechanische schade, impact enbrand beter, doordat de wapening is ingebed in het volle beton.Verder is NSM-wapening een goed alternatief daar waar hetbetonoppervlak te onregelmatig is om lamellen aan te brengen ofde oppervlaktelaag van het beton van slechte kwaliteit is. Boven-dien wordt geen extra dikte toegevoegd aan het betonelement.Nadelen van NSM-wapening zijn met name de intensievereuitvoering.Constructieve werkingNadat de NSM-wapening is aangebracht, ontstaat er een wissel-werking in de doorsnede en worden de trekspanningenverdeeld tussen de bestaande wapening en de nieuwe extraaangebrachte wapening.Binnen de doorsnede treden een aantal mechanismen op dievan invloed zijn op de capaciteit. Er komen zes bezwijkvormenvoor die moeten worden getoetst (fig. 8).1 bezwijkvlak wapening-(epoxy)lijm;2 bezwijkvlak (epoxy)lijm-beton;3 bezwijken van de buitenste laag van de wapeningsstaaf(inwendig schuifvlak);4 overschrijding van de treksterkte van de wapening;5 splijten van de betondekking;6 verankering in de achterliggende constructie(verankeringszone 1, figuur 9).BerekeningswijzeDe berekeningswijze van het wapeningssysteem is gebaseerd opeen doorsnedeberekening van de onversterkte en versterktedoorsnede. Voor het bepalen van de krachten in de (versterkte)doorsnede is het van belang op drie posities het rekverloop in6 Galerij waarin lokaal deafwerkvloer is verwijderden in het constructievebeton een smalle sleufspa-ring is gemaakt7 Aanbrengen koolstofvezel-koord in epoxybed8 Bezwijkvormen NSM-wapening678themaToepassing NSM-wapening in galerijen7 201640bestaandewapeningverankeringszone 1 verankeringszone 2te versterken zoneNSMbenodigdemomentcapaciteitmomentcapaciteitbestaande doorsnedemoment versterkte doorsnedewaarbij wapening vloeitverankeringszoneelastischezonevloeizonewapening(plastisch)moment vanaanbrengen(onversterkt)opneembaar momentversterkte doorsnedeinterne krachtenversterkte doorsnedeNf= (f? f;0) ? Af? EfNs= s? As? EsNc= c;u? Ac? fc;df;0s;0c;0c;usfN.L.N.L. N.L.9 Verschillende zones NSM-wapening10 Doorsnedeberekening NSM-wapeninghet boren van de verankering in de achterliggende constructie)met stofafzuiging waardoor overlast wordt beperkt. Bij deuitvoering is het uitgangspunt dat er geen bestaande wapeningmag worden doorboord in de achterliggende constructie. Hetkan voorkomen dat als gevolg van een beugel in de randbalk,de positie van de verankering enkele centimeters opschuift. Ditis in de uitvoering wel een aandachtspunt, maar voor hetsysteem geen beperking.Omdat versterking van de uitkragende vloeren direct vaninvloed is op de constructieve veiligheid, is een juisteuitvoering essentieel. Bewustzijn van de werkzaamheden encontrole op het proces zijn van groot belang. Volgens deauteurs valt het versterken van betonconstructies door middelvan lijmwapening onder de uitvoeringsklasse `RS constructievebetonreparatie', zoals vermeld in CUR-Aanbeveling 118:2015.De uitvoerende partijen moeten bovendien gecertificeerd zijnvolgens BRL 3201.BegripDe praktijk wijst uit dat deze wijze van versterken een primamethode is om doelmatig en effici?nt het vereiste of gevraagdeveiligheidsniveau te borgen. De scepsis tegen `lijmwapening'maakt dan ook plaats voor begrip. Ter plaatse van de betondoorsnede en staaldoorsnede kan deinwendige kracht worden bepaald aan de hand van de rekken inde eindsituatie zoals in het diagram in figuur 10 is bepaald. Ofwel:Formule 1:f s c 0N N N+ + =Formule 2:s s s sN A E=Formules 3:c c;u c c;dN A f=Formule 4:( )f f f;0 f f?N A E =Formule 1:f s c 0N N N+ + =Formule 2:s s s sN A E=Formules 3:c c;u c c;dN A f=Formule 4:( )f f f;0 f f?N A E =Voor de interne krachten in de NSM-wapening moet rekeningworden gehouden met f;0.Voor de kracht in de NSM-wapeningmoet daarom worden uitgegaan van:Formule 1:f s c 0N N N+ + =Formule 2:s s s sN A E=Formules 3:c c;u c c;dN A f=Formule 4:( )f f f;0 f f?N A E =De calculatie van de juiste snedekrachten gebeurt aan de handvan een iteratieve berekening.Met de verkregen spanningen uit de doorsnedeberekeningkunnen de diverse bezwijkmechanismen worden getoetst. Terplaatse van de inklemming moet de optredende kracht wordengetoetst aan de maximaal toelaatbare verankeringskracht(verankeringszone 1, fig. 9). Voorts is bekend uit de voor-gaande stappen tot waar de vloer moet worden versterkt, ofwelwaar zich het punt in de doorsnede bevindt waar demomentcapaciteit van de bestaande wapening voldoende is. Debenodigde lengte van de versterking wordt na dit puntvermeerderd met de benodigde verankeringslengte rekeninghoudend met de verschoven momentenlijn.Voor het specifieke geval van uitkragende vloeren die vallenonder CUR-publicatie 248 is meestal het bezwijkvlak (epoxy)lijm-beton maatgevend ten opzichte van de overigebezwijkmechanismen. Mede omdat in het algemeen met vrijlage betonsterkten wordt gerekend.Ervaringen in de praktijkIn de praktijk zijn verschillende galerij- en balkonvloeren opdeze wijze uitgevoerd. De hulpmiddelen om tot een goedeuitvoering te komen, zijn verder ontwikkeld. Voorbeeldhiervan is het toepassen van een holle boor (ten behoeve van910
Reacties