4 thema Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 thema Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 5 Tot voor kort leefde Nederland mee met de gevolgen van aardbevingen in de wereld, in de veronderstel- ling dat dit ver van ons bed was. Door de recente aardschokken in Groningen zijn in ons land andere ideeën ontstaan over de invloed van aardbevingen op de gebouwde omgeving. In dit artikel worden de herkomst en de karakteristieken van de Groninger aardbevingen beschreven. Verder wordt aangege- ven hoe principes voor het dimensioneren van constructies onderworpen aan een aardbevings- belasting, op de Groninger situatie kunnen worden toegesneden en hoe het proces van voorlopige en definitieve regelgeving verloopt. In 1992 trad in Roermond een aardbeving op met een sterkte van 5,8 op de schaal van Richter. Daarbij ontstond schade aan gebou- wen en aan auto's die werden geraakt door vallend puin. Deze gebeurtenis werd echter niet als aanleiding gezien voor het invoe- ren van seismische regelgeving voor de bouw in Nederland. Ook vormde het geen aanleiding voor een grootscheeps onderzoek naar de seismische weerstand van bestaande constructies, die immers niet op aardbevingen waren ontworpen. Een belangrijk argument hiervoor was dat in de meeste gebieden van Nederland sowieso met een aanzienlijke windbelasting moet worden gere- kend, die, naar men veronderstelde, in verreweg de meeste geval- len boven de gematigde aardbevingen maatgevend zou zijn. Door de aardschokken die momenteel met een zekere regelmaat in de provincie Groningen worden gevoeld, is echter een bewust- wordingsproces op gang gekomen. Deze schokken zijn gerelateerd aan de bodemdaling door gaswinning en hebben daarom een andere oorzaak dan het merendeel van de in het buitenland optre- dende aardbevingen. Vanwege deze ontwikkeling werd in Neder - land wel de noodzaak gevoeld regelgeving voor het bouwen in aardbevingsgebieden te ontwikkelen, alsmede voor het evalueren van de constructieve veiligheid van de bestaande bebouwing. De aard van aardbevingen Aardbevingen treden op door verschuivingen in de onder - grond. Meestal gaat het hierbij om zogenoemde tektonische aardbevingen die worden veroorzaakt door het ten opzichte van elkaar verschuiven van grote aardschollen. Bij dit schuiven, dat zeer langzaam gebeurt, hoopt zich aan de randen van de aardschollen elastische energie op. Wanneer de spanningen zo hoog worden dat breuk optreedt, komt deze energie vrij en dat leidt tot seismische golven in de grond die aan de oppervlakte in trillingen resulteren. De plaats waar de elastische energie in de ondergrond vrijkomt, wordt het hypocentrum genoemd. De projectie van dit punt loodrecht op het aardoppervlak heet het epicentrum van de aardbeving. Voor het aangeven van de sterkte van een aardbeving wordt vaak uitgegaan van de schaal van Richter. Dit is een meetmethode voor de in de vorm van elastische golven vrijkomende energie in het hypocentrum. Dit getal wordt vaak gezien als een aanduiding van de ernst van een aardbeving. Het effect van de vrijkomende energie op de gebouwde omge- ving hangt ook af van de afstand van het hypocentrum tot het aardoppervlak. Hoe dieper het hypocentrum, des te geringer het effect van de aardbeving. Voor de uitwerking van een aard- beving op de gebouwde omgeving is daarom eerder de hevig- heid van de trilling op maaiveldniveau van belang. Deze trilling leidt voornamelijk tot horizontale bewegingen van de bodem, waarbij vooral de versnelling van de grond van belang is. De trillingen worden via de fundering in de constructie geleid. In veel constructies representeren de vloeren een belangrijk deel van de massa. De op de constructie uitgeoefende kracht kan worden berekend uit de massa en de versnelling. Volgens de tweede wet van Newton geldt: F = m ? a (1) waarbij a de versnelling is, m de massa en F de op de construc - tie uitgeoefende kracht. Voor het ontwerpen of toetsen van constructies op aardbevin- gen is daarom de zogenoemde piekgrondversnelling een belangrijk gegeven. Deze wordt meestal uitgedrukt als fractie prof.dr.ir. Joost Walraven TU Delft, fac. CiTG prof.ir. Ton Vrouwenvelder TNO / TU Delft, fac. CiTG 1 Scheurvorming in een gevel na een geïnduceerde aardbeving, veroorzaakt door de aardgaswinning in Groningen foto: www.greatpictures.nl Stand van zaken NPR en advies stuurgroep Om richting te geven aan nieuwbouw en preventieve maatrege - len voor bestaande bouw onder aardbevingbelasting, is een Nationale Praktijk Richtlijn opgesteld, de NPR 9998. Deze NPR is opgesteld door de NEN werkgroep 'Aardbevingen', en goedge - keurd door de normsubcommissie 'TGB Basiseisen en Belastin- gen' en de normcommissie 'TGB Plenair'. Hij heeft echter niet de status van een nationale bijlage en is niet wettelijk verplicht. De NPR is aangeboden aan de Tweede Kamer en besproken in het kamerdebat op 12 februari. De artikelen in dit themanummer van Cement zijn gebaseerd op deze NPR, tenzij anders aangegeven. Samen met de NPR door is door NPR Stuurgroep een rapport uitgebracht met een advies over de maatregelen die genomen kunnen worden om aardbevingbestendig te bouwen en een analyse naar de impact van de praktijkrichtlijn. Ook dit rapport is aan de Tweede Kamer aangeboden. In het volgende nummer van Cement wordt ingegaan op de inhoud van het rapport. Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 6 thema 2 Geologische doorsnede van het Groningse gasveldbron: Kwade kansen, NRC, 1 maart 2014 op de gebouwde omgeving te bepalen. Doch ook de piekgrond- versnelling, alhoewel een belangrijk criterium, is niet in abso- lute zin maatgevend voor het effect van de beving. Zo leidde de aardbeving bij Lorca in Spanje in 2011, waar een maximale piekgrondversnelling van 0,37g werd gemeten, tot negen dode - lijke slachtoffers, terwijl de aardbeving in Mexico City met een piekgrondversnelling van slechts 0,18g leidde tot 7000 á 10 000 dodelijke slachtoffers. In Lorca was sprake van veel relatief stijve gebouwen van slechts enkele verdiepingen hoog. Deze hadden een eigenfrequentie die relatief ver weg lag van de corresponderende trillingen opgewekt door de aardbeving. In Mexico City was daarentegen sprake van veel hoge gebouwen met relatief beperkte stijfheid. De tijdsduur van de aardbeving was met tachtig seconden lang. Bij de eerste schokken nam de beginstijfheid van de gebouwen door scheurvorming en andere vormen van beschadiging af, waarbij de eigenfrequentie daalde naar waarden die dicht lagen bij de trillingsperiode van de hoogste aardbevingsbelasting. Hierdoor trad aanzienlijke versterking van de uitwerking van de bodembeweging op met noodlottig resultaat voor veel constructies. Keuzen maken Een belangrijke eis die wordt gesteld aan de seismische weer - stand van een constructie, is welke mate van beschadiging nog acceptabel is. Meestal wordt van vier niveaus uitgegaan: 1 Het gebouw moet na de aardbeving nog volledig operationeel zijn met verwaarloosbare schade. Dit geldt voor gebouwen als ziekenhuizen, politiebureaus en crisiscentra. 2 Het gebouw blijft operationeel met geringe schade en geringe onderbreking van alleen niet-essentiële diensten. 3 De overlevingskans is zeer groot. Matige tot aanzienlijke schade wordt geaccepteerd. 4 Het gebouw stort bijna in; het risico dat er slachtoffers vallen moet echter beperkt blijven. van de valversnelling van de zwaartekracht g die in Nederland gelijk is aan 9,81 m/s 2. De sterkste tektonische beving in Nederland trad, zoals eerder vermeld, op 13 april 1992 op ten zuiden van Roermond. De magnitude van deze aardbeving was 5,8 op de schaal van Richter. De schade bleef beperkt omdat het hypocentrum zich op een diepte van 17 km bevond. In Groningen gaat het niet om tektonische aardbevingen, maar om geïnduceerde aardbevingen. Deze ontstaan op circa 3 km diepte in de zandsteenlaag, waaruit sinds 1959 aardgas wordt gewonnen (fig. 2). Sindsdien is de bodem met ongeveer 30 cm gedaald. Door de gaswinning daalt de druk in de zandsteen- laag, die daarop door hoger gesteente wordt samengeperst. De betreffende zandsteenlaag is ongeveer 200 m dik. De bevingen ontstaan waarschijnlijk door verschuivingen langs de ongeveer 1500 bestaande oude breukvlakken in het zandsteen. De tot nu toe maximaal geregistreerde magnitude op de schaal van Richter was 3,6, gemeten bij de plaats Huizinge in 2012. Het verschil met de aardbeving in Roermond is dat de bevin- gen in Groningen op veel geringere diepte ontstaan. Tot nu toe is de maximaal gemeten bodemversnelling gelijk aan 0,09g. Het aantal tot op heden door het KNMI geregistreerde bevingen is ongeveer 200. Deze bevingen, met hun karakteristieken, zijn van groot belang voor het opzetten van ontwerprichtlijnen omdat zij niet alleen informatie geven over de intensiteit van de schokken, maar ook over de spreiding in de gemeten waarden. Deze spreiding is een belangrijk gegeven om, in combinatie met maximaal te accepteren kans om slachtoffer van een beving te worden, op probabilistische wijze te komen tot een gedefinieerde seismische ontwerpbelasting. Zoals aangegeven, is de magnitude op de schaal van Richter een onvoldoende aanduiding om het effect van een aardbeving 2 7 F h l 3 Verschillende concepten voor het aardbevingsresistent ontwerpen van een constructie 4 Schematisatie van draagconstructie tot een één-massa-veersysteem Belasting op de constructie In gebouwen bevindt de massa zich vaak hoofdzakelijk in de vloeren. Dit geeft de mogelijkheid de constructie ten behoeve van de berekening tot een één-massa-veersysteem te vereen- voudigen (fig. 4) Hierbij wordt het effect van de versnelling omgerekend tot een kracht F op de constructie. Deze kracht wordt dan als vervan- gende kracht ingezet voor een statische analyse van de krachts- verdeling in het draagsysteem. Als in figuur 4 de kolommen star zijn, wordt de versnelling van de ondergrond ? via de basisformule F = m ? a g ? omgezet in een vervangende kracht op de constructie. In werkelijkheid zullen de kolommen een eindige stijfheid hebben, waardoor de massa heen en weer gaat slingeren. Elk constructief systeem heeft een eigenfrequentie die kan worden berekend. De eigenfrequentie is de inverse van de natuurlijke trillingsperiode van de constructie. Als de natuurlijke trillingsperiode van de constructie in de buurt ligt van de trillingsperiode van de aardbeving, kan een aanzienlijke vergroting van maximale verplaatsing optreden (opslinger- effect), met als gevolg grotere krachten en momenten. Daarom is het belangrijk dat bij het definiëren van de rekenkundige aardbeving niet alleen wordt uitgegaan van de piekgrond- versnelling a g, maar dat tevens rekening wordt gehouden met de bijbehorende trillingsperiode van de aardbeving. Om die reden worden voor het ontwerp in normen zogenoemde elastische responsspectra gedefinieerd. Op de horizontale as van zo'n elastisch responsspectrum (fig. 5) is de natuurlijke trillingsperiode van het constructieve systeem uitgezet. Op de verticale as is de verhouding S e/ag te vinden, waarbij a g de bij de aardbeving horende piekgrondversnelling is en S e de respons - versnelling van de constructie bij aanname van lineair-elastisch constructiegedrag. De verhouding S e/ag is dus de vergrotings- Met betrekking tot het voorkomen van instorting geldt de volgende benaderende relatie: de kwaliteit van het construc- tieve gedrag van een bouwwerk kan worden uitgedrukt als het product van draagweerstand en ductiliteit. Er kunnen dus qua aardbevingsweerstand gelijkwaardige constructies worden verkregen, door verschillende keuzen te maken wat betreft deze genoemde parameters. Figuur 3 laat drie mogelijkheden zien: - De eerste mogelijkheid is de constructie zodanig te ontwer - pen dat de sterkte overal voldoende is om de schokken op te vangen. Op deze manier kan de rekenkundige aardbeving worden doorstaan bij elastisch gedrag, waarbij geen eisen worden gesteld aan de ductiliteit (fig. 3 bovenste lijn). Dit is in het algemeen de minst economische oplossing. - Een tweede mogelijke oplossing ligt erin de constructie te ontwerpen met lage sterkte, maar grote ductiliteit. Daarbij treden onder een aardbeving grote plastische vervormingen op en kan aanzienlijke beschadiging ontstaan, maar het risico voor instorting blijft laag. Er worden strenge eisen gesteld aan de ductiliteit. Soms worden in het ontwerp bewust plastische zones ingebouwd om deze werking te verkrijgen. Deze opzet is in principe geschikt voor gebieden met zware aardbevingen (fig. 3 onderste lijn). - De derde mogelijkheid is dat de constructie wordt ontworpen op een gedrag dat qua eigenschappen tussen de twee hiervoor genoemde uitersten ligt. Bij het ontwerp wordt van een gemiddelde sterkte uitgegaan en worden voor de rekenkun - dige aardbeving met mate plastische ververvormingen toegelaten. Deze opzet is geschikt voor gebieden met matige seismische activiteit of bij constructies waar een beperkte schade geen groot probleem is (fig. 3 middelste lijn). 4 3 Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 elastisch: ? hoge sterkte ? rekenkundige aardbeving vereist geen plastische vervorming belasting uit aardbeving globale verschuiving u elasto-plastisch: ? gemiddelde sterkte ? rekenkundige aardbeving vereist beperkte plastische vervormingelasto-plastisch: ? lage sterkte ? rekenkundige aardbeving vereist grote plastische vervorming u 8 5 Voorbeeld van elastisch responsspectrum voor verschillende soorten ondergrond A-E ming. Om deze vermindering in rekening te brengen, wordt een reductiefactor gedefinieerd. Hiervoor geldt: max el,m ax 1 F F q= max el u u ?= 2 1 q? = dy n m ax g Fma q = j j j tot n jj j = 1 ( )m h F F F mh= Formules.pdf 1 03-02-15 15:06 (3) waarin: F max is de horizontale kracht gereduceerd door inherente ductiliteit F max,el is de maximaal optredende kracht bij aanname van elastisch gedrag van de constructie q is de gedragsfactor Voor het bepalen van de waarde q is de zogenoemde verschui - vingsductiliteit nodig. Deze is gedefinieerd als: (4) u u ma x y = In figuur 6 zijn twee principes aangegeven om µ te bepalen. Het eerste principe gaat uit van gelijke vervormingsarbeid. Uit de vereiste gelijkheid van het oppervlak onder de curven in figuur 6a volgt: (5) m ax el,m ax 1 F F q= max el u u ?= 2 1 q? = dy n m ax g Fma q = j j j tot n jj j = 1 ( )m h F F F mh= Formules.pdf 1 03-02-15 15:06 Het tweede principe (fig. 6b) gaat uit van gelijke verplaatsing u = u max , zodat q = ?. Het tweede principe wordt voornamelijk gehanteerd bij relatief langzame één-massa-veersystemen met een natuurlijke tril- lingsperiode van meer dan ongeveer 0,7 s. De ductiliteit kan bij het ontwerp op verantwoorde wijze worden gekozen (afhankelijk van vereiste veiligheid, het niveau van geaccepteerde beschadiging). De keuze bepaalt de positie in het veld van de uitersten, weergegeven in fig. 3. Worden (2) en (3) gecombineerd dan vindt men voor de equi- valente kracht F max de algemene uitdrukking: (6) m ax el,m ax 1 F F q= max el u u ?= 2 1 q? = dy n m ax g Fma q = j j j tot n jj j = 1 ( )m h F F F mh= Formules.pdf 1 03-02-15 15:06 Deze basisvergelijking kan desgewenst nog worden uitgebreid met coëfficiënten die rekening houden met demping (de spectra zijn normaal afgeleid voor een veronderstelde demping van 5%), belangrijkheid van de constructie of oversterkte van de gebruikte materialen. Soms, zoals in Eurocode 8, wordt er de voorkeur aan gegeven de invloed van q op te nemen in de dynamische factor ? dyn. Via bovenstaande uitdrukking kan met alle belangrijke invloedsfactoren rekening worden gehouden, zoals de piek - grondversnelling, eigenfrequentie van de constructie, soort factor voor de versnelling. Deze vergrotingsfactor is theoretisch bepaald op grond van de respons van diverse constructieve systemen op representatieve aardbevingen, die in de beschouwde omgeving kunnen voorkomen en waarbij voor de resultaten omhullenden zijn bepaald. De lokale aardbevingskarakteris- tieken zijn dus impliciet in het diagram meegenomen. Ook de grondslag speelt een rol. Daarom zijn in Eurocode 8 verschil- lende grondslagen (soort grond en bodemopbouw) meegeno - men (fig. 5). De curve A staat voor een stijve bodem (rots), terwijl E een weke grondslag voorstelt. Omdat Eurocode 8 voor heel Europa geldt, kunnen de aangesloten landen in hun natio- nale bijlage de elastische responsspectra toesnijden op hun lokale omstandigheden. De maximale horizontale kracht op de constructie wordt hiermee: F el,max = m · a g ? ? dyn (2) waarbij ? dyn = S e/ag de waarde is die op de verticale as bij de berekende natuurlijke trillingsperiode van de constructie wordt afgelezen. Een beperking van deze methode is dat zij geldt voor het speci- ale geval van volledig elastische respons (bovenste lijn in fig. 3). Eerder werd al betoogd dat het toelaten van plastische vervor - mingen een methode is om het constructieve gedrag onder een aardbeving toe te snijden op de lokaal gewenste situatie. De maximaal op de constructie aangrijpende kracht F el,max wordt gereduceerd door het plaatselijk toelaten van plastische vervor - 5 thema Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 Se/ag T [s] 4 3 2 1 00 1 234 D E C B A 9 de eerste logische gedachte direct aan te sluiten bij EN 1998-1, ofwel Eurocode 8 'Ontwerp en berekening van aardbevings- bestendige constructies ? Deel 1: algemene regels, seismische belastingen en regels voor gebouwen'. Dit deel geeft algemene Europese regels, met de mogelijkheid om via nationaal te defi- niëren parameters in de nationale bijlage aan te sluiten op de nationale situatie. Een evaluatie maakte al snel duidelijk dat hieraan veel haken en ogen zitten. Zo moet de maatgevende aardbevingsbelasting worden afgeleid uit een relatief beperkte set van door het KNMI verzamelde gegevens. Onduidelijk is daarbij of met een ontwikkeling in de tijd rekening moet worden gehouden. Een beperkte set gege- vens met daarbij ook nog een aanzienlijke spreiding, leidt volgens de grondslagen van het probabilistisch ontwerpen tot conservatieve uitgangspunten. Van belang is verder de vraag met welke veiligheid moet worden gerekend. Hoe conservatie- ver de uitgangspunten, des te groter zijn de consequenties voor het betreffende gebied. Daarbij gaat het vooral om bestaande bouwwerken die niet zijn ontworpen op een seismische belas- ting. Er is vaak sprake van gestapelde bouw zonder verbindin- gen tussen vloeren en wanden. Het incasseringsvermogen van dergelijke constructies is bij de beoordeling van de veiligheid van de gebouwde omgeving een belangrijk aspect. Daarom zijn grondige analyses vereist van het gedrag van de verschillende typen constructies, variërend van woningen tot kantoren en hoogbouw. Voor de eerder genoemde gedragsfactor q moeten goede aanbevelingen worden gegeven; dit betekent waarden die voldoende veiligheid garanderen evenals methoden om de waarde in specifieke situaties nauwkeuriger te bepalen. In het gebied bevinden zich veel metselwerkconstructies die bij te snel bodem, demping, ductiliteit van de constructie, waarschijnlijk- heid van optreden en de belangrijkheid van de constructie. De totale equivalente kracht F op de constructie moet nog over de hoogte van de constructie worden verdeeld. Aan elke verdie - ping wordt daarom een kracht toegekend. Bij een gelijkmatige verdeling van de massa over de hoogte van het bouwwerk wordt meestal uitgegaan van een driehoekige verdeling. Om rekening te houden met het eventueel nadelige effect van hogere trillingsvormen, wordt een fractie van de equivalente kracht (bijvoorbeeld 10%) op de top van de constructie aange- bracht. Het resterende deel van de equivalente kracht wordt verdeeld over de hoogte van de constructie volgens de mathe - matische relatie (fig. 8) (7) m ax el,m ax 1 F F q= max el u u ?= 2 1 q? = dy n m ax g Fma q = j j j tot n jj j = 1 ( )m h F F F mh= Formules.pdf 1 03-02-15 15:06 De hier gegeven methode is een vereenvoudigde methode en sluit aan bij het praktische denken van de constructeurs die zijn gewend met statische belastingen te rekenen. Vooral voor het ontwerpen is de methode zeer geschikt. Indien moet worden geoordeeld over de constructieve veiligheid van bestaande constructies, kan het zijn dat met een meer geavanceerde methode een nauwkeuriger resultaat kan worden verkregen. Dit kan van belang zijn voor het nemen van de beslissing om te investeren in herstel of versterking van de constructie. Met toenemende complexiteit kunnen de volgende methoden worden genoemd: - de spectrale modale responsieberekening; - de niet-lineaire statische (pushover)-berekening; - de niet-lineaire (dynamische) tijdsdomeinberekening. Hierop zal in het artikel 'Woningen onder aardbevingsbelas- ting', elders in dit nummer, worden ingegaan. Op weg naar regelgeving Toen duidelijk werd dat voor de Groninger regio richtlijnen moesten komen voor aardbevingsbestendig ontwerpen, was 6 Mogelijkheden voor het definiëren van een reductiefactor op de kracht F el,max , berekend op basis van verondersteld elastisch gedrag van de constructie: (a) uitgaande van gelijke vervormingsenergie en (b) uitgaande van gelijke verplaatsingen 7 Scheurvorming in het metselwerk van een huis in Groningen foto: Emil de Jong 6a 7 6b Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 belasting lineair-elastischelastisch- plastisch elastisch- plastisch verschuiving gelijke oppervlakken 0 F el,max Fy uy umax belasting verschuiving 0 F el,max Fy uy umax belasting lineair-elastischelastisch- plastisch elastisch- plastisch verschuiving gelijke oppervlakken 0 F el,max Fy uy umax belasting verschuiving 0 F el,max Fy uy umax 10 8 Gebouw met vloermassa en verdeling van de equivalente horizontale aardbevingskracht - Op deze wijze is men niet gedwongen bij een tekort aan gegevens een aanbeveling uit te brengen die over een lange periode (te) conservatieve waarden bevat. De NPR heeft de status van een aanbeveling en is dus niet wette- lijke verplicht. Aardbevingsbestendig ontwerpen Voorschriften en aanbevelingen worden in het algemeen gebruikt om te verifiëren dat in het definitieve ontwerp aan alle eisen is voldaan ten aanzien van de constructieve veiligheid en de detaillering. Of een constructie goed zal functioneren, wordt echter niet in deze fase van controle bepaald. Dat gebeurt in het voorontwerp. Dit geldt in zijn algemeenheid en evenzo voor de weerstand van een constructie tegen aardbevingen. Algemene regels voor het ontwerpen van aardbevingsresistente constructies zijn: - Vermijd plotselinge stijfheidsovergangen; - Vermijd asymmetrie (om torsiemomenten te minimaliseren); - Let op onderdelen die niet tot de draagconstructie behoren (invloed massa, extra stijfheid en vervormbaarheid); - Bouw extra veiligheid in met betrekking tot progressief bezwijken; - Zorg voor taaie verbindingen tussen wanden en vloeren. Lering kan worden getrokken uit elders opgetreden schades in aardbevingsgebieden. Een veel gemaakte fout is de soft storey: in veel constructies is een van de verdiepingen veel minder stijf dan de andere verdiepingen. Vaak gaat het hier om functionele ruimten zoals een winkel op de begane grond, waar zo veel mogelijk vrije ruimte wordt gewenst, of een verdieping in een kantoor waar de vergaderzalen zijn geconcentreerd. In het algemeen wordt aangenomen dat als de draagconstructie voldoet aan de veiligheidseisen, dit een garantie is voor het en te algemeen geformuleerde criteria in het kritische gebied komen. Dit geldt wellicht niet bij een meer geavanceerde analyse. Verder is de grond is nog onvoldoende geclassificeerd. De inschatting was dat voor het onderbouwd aangeven van de te kiezen nationale parameters, een periode van drie jaar nodig zou zijn. De situatie in Groningen vroeg echter om meer handelingssnelheid. Vanuit het ministerie van Economische Zaken werd aangegeven dat maximaal een jaar ter beschikking stond. Om hiervoor een oplossing te vinden, werd besloten een NPR te ontwikkelen. Onder auspiciën van een door NEN ingestelde commissie van deskundigen ? van wie een aantal bijdraagt aan dit Cement -nummer ? is gewerkt aan NPR 9998 'Beoordeling van de constructieve veiligheid van een gebouw bij nieuwbouw, verbouw en afkeuren - Grondslagen voor aardbevingsbelastin- gen: Geïnduceerde aardbevingen'. Deze NPR 9998 biedt opdrachtgevers, constructeurs en aannemers een (technisch) houvast bij nieuwbouw en bij het preventief herstel van gebou- wen. De inhoud van deze aanbeveling is als volgt: 1 Algemeen 2 Prestatie-eisen en geschiktheidscriteria 3 Grondcondities en seismische belastingen 4 Ontwerp en herontwerp van gebouwen 5 Specifieke regels voor betonconstructies 6 Specifieke regels voor staalconstructies 7 Specifieke regels voor staal-betonconstructies 8 Specifieke regels voor houtconstructies 9 Specifieke regels voor metselwerkconstructies 10 Specifieke regels voor funderingen Bijlagen A Inspectieprotocol B Versterkingsprotocol C Toepassing NPR voor grote aantallen bouwwerken D Voorbeeldberekeningen voor beton, staal, staalbeton, metselwerk en funderingen E Aardbevingen (achtergrond) De ontwerp-NPR is begin 2015 officieel uitgebracht (zie kader). Het uitbrengen van NPR 9998 als tussenoplossing heeft een aantal voordelen: - In de periode dat aan de NPR werd gewerkt, werd veel infor - matie verkregen die kan dienen als input voor de later uit te brengen Nederlandse versie van de Eurocode 8 met bijbeho- rende nationale bijlage. - De aanbevelingen in de NPR zijn aanpasbaar. Indien het werk voor de later uit te brengen, Nederlandse versie van de Eurocode belangrijke nieuwe gegevens en inzichten oplevert, kan dit een reden zijn om bijvoorbeeld na een jaar een nieuwe geactualiseerde versie van de NPR uit te brengen. 8 thema Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015 n j 2 1h n hj mn mj m2 m1 Fn Fj F1 Fn 11 kwamen veel zaken aan de orde die specifiek voor de regio Groningen zijn en niet eenvoudig aan de klassieke literatuur over dit onderwerp konden worden ontleend. Een nog veel groter werkveld betreft de aardbevingsbestendigheid van de circa 120 000 constructies die niet op aardbevingen zijn ontworpen en nu op de onlangs geformuleerde aardbevings- belasting moeten worden getoetst. Hierbij moeten de constructies in prototypen worden onderverdeeld en moeten globale karak- teristieken voor het seismische gedrag van deze groepen worden afgeleid. Op grond hiervan moet een strategie worden ontwikkeld om met onvoldoende veilige situaties om te gaan. Het vakgebied is veelzijdig en vraagt om de ontwikkeling van nieuwe deskundigheid. Tegelijkertijd is het een stimulans voor het vinden van innovatieve oplossingen. In dit nummer van Cement en het volgende (2015/2) worden veel aspecten van dit nieuwe, uitdagende vakgebied door deskundigen belicht. Het kan een impuls zijn tot meedenken in brede zin om het realise- ren van nieuwbouw en het opwaarderen van bestaande bouw verder vorm te geven. ? redden van levens. Tijdens de aardbeving in Lorca in 2011 waren echter alle doden en gewonden het slachtoffer van vallende stukken uit de gevels. Merkwaardigerwijze wordt in normen veel minder aandacht besteed aan de veiligheid van de bevestiging van gevelelementen onder een horizontale belas- ting, dan aan het gedrag van de hoofddraagconstructie. Bij de bepaling van de eigenfrequentie van de constructie wordt veelal uitgegaan van de hoofddraagconstructie, niet van de constructie met scheidingswanden. Hierdoor kan een substan - tiële afwijking ontstaan. In Lorca was sprake van veel schei- dende metselwerkwanden tussen kolommen die het verloop van de krachten sterk beïnvloedden. Hierdoor gedroegen de constructies zich bros, terwijl het ontwerp juist was gericht op ductiel gedrag. Kennis opbouwen In Nederland is tot voor kort weinig aandacht besteed aan aardbevingsresistent ontwerpen. Dat blijkt nu een omissie te zijn. Gedurende het laatste jaar is door de NEN-werkgroep Aardbevingen intensief gewerkt aan het opzetten van richtlij- nen voor het ontwerpen van nieuwe constructies. Hierbij Tabel 1 Verklarende begrippen- en symbolenlijst themanummer Cement over aardbevingen belangrijkheidsfactor factor waarmee de belasting wordt vermenigvuldigd bij hogere of lagere belangrijkheid van de bouwconstructie ten opzicht van de standaard ductliteitsklasse de mate waarin een materiaal plastische vervorming toelaat; onder - scheiden worden de klassen (in oplopende ductiliteit) DCL, DCM, DCH dynamische vergrotings- factor verhouding die bepalend is voor de equivalente statische last gebaseerd op elastisch responsiespectrum (? dyn = S e /ag) epicentrum de projectie van het hypocentrum loodrecht op het aardoppervlak gedragsfactor q (ook: q-factor) factor om de krachten volgens een lineaire berekening te reduce - ren op basis van de vervormingcapaciteit van de constructie geïnduceerde aardbeving aardbevingen veroorzaakt door gaswinning grenstoestanden DL, SD en NC NC (Near Collapse): de bouwconstructie staat vrijwel op instorten SD (Serious Damage): ernstige beschadiging DL (Damage Limitation): schadebeperking hypocentrum de plaats waar bij een aardbeving de elastische energie in de ondergrond vrijkomt magnitude maat voor de sterkte van de aardbeving, meestal uitgedrukt als getal op de schaal van Richter of als momentmagnitude opslingereffect vergroting van de maximale verplaatsing die optreedt wanneer de eigenfrequentie van de constructie in de buurt ligt van de trillings- tijd van de aardbeving piekgrondversnelling a g de hoogste waarde van de versnelling aan het maaiveld tijdens een aardbeving, uitgedrukt in g (ook wel PGA, Peak Ground Acceleration) respons spectrum maximale respons van een constructie op een aardbeving als func- tie van de eigen periode of eigen frequentie tektonische aardbeving aardbeving veroorzaakt door ten opzichte van elkaar verschuivende aardschollen trillingstijd (of trillings- periode) tijdsduur tussen twee opeenvolgende trillingen in een aardbeving (omgekeerd evenredig met de frequentie) AEd rekenwaarde van de seismische belasting A Ek karakteristieke waarde van de seismische belasting voor de referentie-herhalingstijd a g rekenwaarde van de grondversnelling op maaiveldniveau a gR referentie maximale grondversnelling op maaiveldniveau C t factor gebruikt bij de bepaling van de rekenwaarde van de horizontale kracht op de constructie bij de zijdelingse belastingmethode F b seismische dwarskracht op de constructie ter plaatse van de fundering F max,el maximaal optredende kracht bij aanname van elastisch gedrag van de constructie g zwaartekrachtversnelling P f faalkans P d individuele kans op overlijden q gedragsfactor S bodemfactor (S = Soil) ter beschrijving van de vorm van het elastisch responsspectrum S e(T) elastisch respons spectrum voor de horizontale grondversnelling S d(T) ontwerpspectrum (voor elastische berekening T trillingsperiode van een lineair systeem met één vrijheidsgraad T B trillingsperiode van de constructie waarbij het horizontale plateau in het elastisch responsspectrum begint T C trillingsperiode van de constructie waarbij het horizontale plateau in het elastisch responsspectrum ophoudt T D trillingsperiode van de constructie waarbij in de dalende tak van het responsspec- trum een discontinuïteit optreedt (overgang naar 'constante verplaatsing respons') ? dyn dynamische vergotingsfactor (S e /ag) ? I belangrijkheidsfactor ? verplaatsingsductiliteit Aardbevingen: een nieuwe uitdaging voor de bouw 1 2015