38 thema Regelgeving In de noordelijke provincies hoeft nog niet op een aardbevings- belasting te worden gerekend. Eurocode 8 (NEN-EN 1998-1 [1]) wordt immers niet aangewezen door het Bouwbesluit en er zijn nog geen nationale bijlagen voor deze Eurocode. Toch bestaat bij veel opdrachtgevers in de regio behoefte om bij hun huidige bouwplannen wel met het aardbevingsrisico rekening te houden. In mei 2014 heeft NEN in opdracht van het ministe- rie van Economische Zaken een Interim Advies uitgebracht genoemd 'Voorlopige ontwerpuitgangspunten voor nieuwbouw en verbouw onder aardbevingsbelasting ten gevolge van de gaswinning in het Groningenveld' [3]. In deze notitie worden belangrijke uitgangspunten vastgelegd voor het berekenen van constructies in Groningen onder een aardbevingsbelasting. De notitie is echter enkel bedoeld voor nieuwbouw en verbouw; niet voor bestaande bouw. De ontwerpversie van NPR 9998 [4] die begin 2015 is uitgegeven, zal ook richtlijnen bevatten voor de bestaande bouw. Het is nog niet bekend hoe deze zullen worden ingebed in het Bouwbesluit. Aardbevingen in noordelijk Nederland zijn een nieuw fenomeen. Het vraagt een andere benadering van de veiligheid van de bestaande leefomgeving. Het is rela- tief eenvoudig om nieuwe gebouwen weerbaar te maken tegen het aardbevingsrisico, voor bestaande gebouwen is dat echter geen sinecure. Daarom is een zogenoemde seismische scan ontwikkeld waarmee inzicht wordt verkregen in het huidige veiligheids- niveau van een bestaand gebouw. 1 Seismische scan bestaande beton- constructies Op ASCE 41-13 gebaseerde scan geeft inzicht in de kwetsbaarheid van een gebouw thema Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015 39 ir. Rudi Roijakkers, ir. Roel De Jong, ir. Margriet Krüse ABT Wassenaar Seismisch Advies BV 1) 1 Registratie van een aardbeving 2 Waarden voor piekgrondversnelling met een overschrijdings- kans van 0,2% per jaar [3] 1) Vanwege aardbevingsproblematiek bij meerdere van hun projecten, hebben ABT en Wassenaar Ingenieurs besloten kennis en ervaring te bundelen en ABT Wassenaar Seismisch Advies BV op te richten. Deze organisatie geeft advies aan gebouweigena- ren over de seismische bestendigheid van bestaande gebouwen en werkt aan ontwer - pen voor nieuwe gebouwen die aardbevingsbelasting moeten kunnen weerstaan. Tabel 1 Gebouwtypen volgens de ASCE 41-13 [5] nummer constructietype W1 W1a W2 houten raamwerken licht meerdere verdiepingen / meerdere woningen (residentieel) commercieel en industrie S1 S1a stalen ongeschoorde raamwerken stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf S2 S2a stalen geschoorde raamwerken stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf S3 stalen lichte raamwerken S4 duale systemen met back-up ongeschoorde raamwerken S5 S5a stalen raamwerken met invul metselwerk stabiliteitswanden stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf C1 betonnen ongeschoorde raamwerken C2 C2a betonnen stabiliteitswanden stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf C3 C3a betonnen raamwerken met invulmetselwerk stabiliteitswanden stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf PC1 PC1a prefabbetonnen stabiliteitswanden of stabiliteitswanden op kantelevenwicht stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf PC2 PC2a prefabbetonnen raamwerken met stabiliteitswanden zonder stabiliteitswanden RM1 RM2 gewapende dragende metselwerkwanden stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf URM URMa ongewapende dragende metselwerkwanden stijve (vloer)schijf flexibele (vloer)schijf Bestaande gebouwen In figuur 2 staan de piekgrondversnellingen a g,ref, met een herhalingstijd van 475 jaar. Nader onderzoek naar de hoogte van deze piekgrondversnellingen vindt nog plaats. Verwacht wordt dat deze kaart in de definitieve versie en de volgende uitgaven van deze NPR zal worden herzien op basis van de dan geldende laatste stand der techniek. Volgens de huidige kennis komen de voorziene piekgrondversnellingen in de provincie Groningen overeen met de versnellingen in aardbevingsgebie- den als Italië en Turkije. De bestaande gebouwen in de regio zijn niet op enige beving ontworpen. Ductiele elementen die de energie van een aardbe - ving kunnen opnemen, zijn waarschijnlijk niet aanwezig. Ook is bij de materiaalkeuze en detaillering geen rekening gehouden met specifieke eisen voor een seismisch ontwerp. Toch zal het risico op schade of letsel niet in ieder gebouw gelijk zijn. Risico voor gebouwen en personen Het seismisch risico voor gebouwen in een gebied wordt bepaald door de interactie tussen: 1 Aardbevingsrisico: wat zijn de mogelijke maximale magnitu- des en bijbehorende grondversnellingen bij een aardbeving? 2 Blootstelling: hoeveel gebouwen van welk constructietype bevinden zich in het betreffende gebied? 3 Kwetsbaarheid: welke mate van schade kan worden verwacht bij een specifiek constructietype? Om tot een seismisch risico voor personen of groepen te komen, moeten bovenstaande gegevens worden gekoppeld aan de kans op persoonlijk letsel bij een bepaalde seismische schade van een gebouw. Om meer inzicht te geven in de kwetsbaarheid van een pand is een zogenoemde seismische scan voor gebou- wen uitgevoerd. Met dit inzicht kunnen maatregelen worden voorgesteld om de weerbaarheid van het gebouw te vergroten. Het uiteindelijke doel is echter niet de weerbaarheid van het pand, maar het voorkomen van letsel van personen in het 2 Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015 40 understand the evaluation process (section 1.4) evaluation report (section 1.4.5) select performance objective (section 2.2) dene building performance levels (section 2.3) dene seismic hazard and level of seismicity (sections 2.4, 2.5) obtain as-built information (section 3.2) level of investigation (section 4.2) quick check analysis additional analysis (chapter 7) data collection (section 6.2) tier 1 screening procedure (sections 3.3.2, 4.1) tier 3 systematic evaluation procedure (sections 3.3.4, 6.1) structural system analysis (chapter 7) complete structural andnonstructural checklists (section 4.4, chapter 16) tier 2 deciency-based evaluation procedure (sections 3.3.3, 5.1) foundation evaluation (chapter 8) structural element evaluation (chapters 9-12) nonstructural componentanalysis (chapter 13) conforms with common building type and height limit (section 3.2.1, table 3-2) benchemark building (section 4.3) checklist items compliant structural and/ornonstructuraldeciencies structural and/or nonstructural deciencies building complies building complies building does NOT comply building does NOT comply optional optional N* N N** N Y Y Y Y N Y schema het gevolgde proces weer. De ASCE-richtlijn maakt een verdeling in veertien typen constructies, ieder met een eigen onderverdeling. Zie tabel 1 voor deze onderverdeling. Grenstoestanden Voor het toetsen op een aardbeving moet je weten hoe zwaar de trilling zal zijn. Daarnaast moet je vaststellen hoeveel schade aan het gebouw je wilt accepteren. Het Interim Advies van NEN kent vooralsnog drie grenstoestanden waarop het gebouw (nieuwbouw en verbouw) kan worden getoetst (fig. 5). Deze grenstoestanden stellen de mate van toelaatbare schade vast bij kleinere en grotere bevingen. Deze grenstoestanden zijn: - de bouwconstructie staat vrijwel op instorten (Near Collapse, NC); - significante beschadiging (Significant Damage, SD); - schadebeperking (Damage Limitation, DL). Het advies stelt dat enkel de eerste Near Collapse-toets verplicht is. De andere toetsen zijn optioneel. Het NEN-advies stelt een (optionele) controle voor om te borgen dat een gebouw beperkte schade ondervindt bij een meer frequente, lichte aardbeving. Én het gebouw mag niet bezwijken bij een zware aardbeving. Maar het is best voorstel- baar dat een ziekenhuis nauwelijks schade mag oplopen, zelfs bij de zwaarste beving. Het ziekenhuis is nadien immers nood- zakelijk voor dienstverlening. Hiermee dient rekening gehou- den te worden bij het uitvoeren van een seismische toets. In overleg met een gebouweigenaar dienen vooraf de toetsings- criteria voor het bestaande gebouw te worden vastgesteld. Een indeling in gevolgklasse conform NEN-EN 1990 kan helpen bij het vaststellen van de gewenste grenstoestanden. Seismische scan Voor het toetsen van een bestaand gebouw wordt gebruik- gemaakt van controlelijsten uit de ASCE. In deze lijsten worden (afhankelijk van het constructietype) bepaalde constructieve aspecten getoetst. Zoals in figuur 8 is te zien, wordt van ieder aspect aangetoond of het voldoet, niet voldoet, niet van toepas- sing is of onbekend is. Als onderdelen niet voldoen, wordt de reden ook opgegeven. Vervolgens wordt gemeld wat de impact is van een bepaald aspect. Voor sommige aspecten is het nood- zakelijk dat ze voldoen. Dat maakt het oplossen van het betref- fende probleem belangrijker. De belangrijkste gebreken in aardbevingsbestendigheid zullen naar boven komen. Niet ieder aspect weegt echter even zwaar. Door een weging toe te passen, kan inzichtelijk worden gemaakt welke defecten als eerste moeten worden aangepakt om de aardbevingsbestendigheid te verbeteren. gebouw. De kans op letsel zal onder andere afhangen van het aantal personen in een gebouw ten tijde van de beving plus het gebruik ervan. ASCE 41-13 De genoemde seismische scan is gebaseerd op de richtlijn ASCE 41-13 [5]. Deze richtlijn is uitgegeven door het Ameri- kaanse Structural Engineering Institute en is bedoeld voor toetsing van bestaande gebouwen. In de richtlijn wordt een methode beschreven om op systematische wijze de aardbe- vingsbestendigheid van een bestaand pand te toetsen. Deze toetsing kan op meerdere niveaus plaatsvinden. Gestart kan worden met een eenvoudige Tier 1-analyse, maar gedurende de rit kan duidelijk worden dat een diepgaander Tier 2- of Tier 3-analyse noodzakelijk is. Figuur 3 geeft in een stroom- 3 thema Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015 41 Voorbeeld: C2 betonnen stabiliteitswanden, stijve vloerschijf Ter verduidelijking van de toetsing volgens de ASCE-richtlijn, wordt als voorbeeld gekeken naar een gebouw met een veel- voorkomende betonnen draagconstructie: een gebouw met een stijve vloerschijf (bijvoorbeeld kanaalplaten met een druklaag) en betonnen stabiliteitswanden (C2 uit tabel 1). De stabiliteits- wanden waren bedoeld voor afdracht van de windbelasting, maar ze dienen nu ook om de aardbevingsbelasting op te nemen. In het volgende (ingekorte) overzicht staan enkele kenmerken waarop een dergelijk gebouw conform de ASCE moet worden getoetst. - Krachtsafdracht: de draagstructuur bevat een duidelijk gedefi- nieerd belastingpad, waarbij de verticale belastingen eendui- dig naar de fundering worden afgevoerd. - Verdiepingsstijfheid : de som van de schuifsterkte van de seis- mische elementen op elke willekeurige verdieping, is ten minste 80% van de sterkte in de aangrenzende bovenliggende verdieping. - Verticale onregelmatigheden: alle verticale elementen in het seismisch systeem zijn doorlopend tot aan de fundering. - Geometrie : er zijn geen veranderingen in de horizontale afme- tingen van het seismische systeem van meer dan 30% in een verdieping ten opzichte van aangrenzende verdiepingen. - Massa : de verandering in de effectieve massa van de ene verdieping naar de volgende is niet meer dan 50%. - Redundantie : er zijn minstens twee stabiliteitswanden in elke richting aanwezig. - Koppeling vloerschijven: voor het afdragen van de horizontale krachten zijn de schijven gekoppeld aan de verticale seismische elementen. Damage Limitation (DL) De constructie is licht beschadigd. De constructie behoeft géén reparatie. Significant Damage (SD) De constructie is significant beschadigd met nog enige reststerkte. Near Collapse (NC) De constructie staat op instorten, maar men kan nog veilig vluchten. 5 4 3 Evaluatieproces volgens de ASCE 41-13 [5] 4 Leidingen met gevaarlijke stoffen geven extra risico in een gebouw 5 Grenstoestanden [6] Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015 42 6 Gevaarlijke stoffen in rekken zorgen voor een extra risico 7 Een vallende serverkast geeft letsel, maar mogelijk gaat ook data verloren 8 ASCE-checklist met weging gen een aanzienlijk risico op letsel geven. Bouwkundige voor - beelden zijn zware plafonds of glazen atriumdaken, die ook bij kleinere aardbevingen voor veel slachtoffers kunnen zorgen zonder dat de constructie is beschadigd. Bij installatietechnische elementen kan bijvoorbeeld worden gedacht aan leidingen met gevaarlijke stoffen die bij een beving kunnen breken (foto 4). Een voorbeeld van inventaris zijn boekenrekken of kasten die kunnen vallen. In sommige geval- len zorgt de inhoud van een kast nog voor aanvullende risico's, zoals in foto 6 is te zien. Met procesmatige elementen wordt bedoeld dat bepaalde processen of apparatuur in het gebouw ook bepaalde eisen aan de structuur of bouwkundige elementen kunnen stellen. Zo is het in een ziekenhuis wellicht interessant te weten tot welke versnelling de apparatuur in een operatiekamer kan functione- ren. Ook kan worden gedacht aan een serverruimte (foto 7) waarin belangrijke data wordt opgeslagen. Wat gebeurt er als die beschadigd raakt? Daarnaast zijn er niet-constructieve elementen die een grote invloed kunnen hebben op de sterkte van de structuur. Door hun grote stijfheid kunnen gemetselde wanden ook schade aan de hoofddraagstructuur initiëren. De seismische scan kijkt echter niet enkel naar de constructieve aspecten, zoals in het eerder getoonde voorbeeld. Ook wordt gekeken naar de volgende elementen van een gebouw: - constructieve; - bouwkundige; - installatietechnische; - inventaris; - procesmatige. Het is een misvatting te denken dat enkel de constructie de veiligheid bij een aardbeving waarborgt. Juist bouwkundige en installatietechnische elementen kunnen bij kleinere aardbevin- toetsingskader checklist US: ASCE 41-13 controleaspectredenimpact NL: NPR 9998 voldoet constructief noodzakelijk voldoet niet erg belangrijk n.v.t. niet- constructief minder belangrijk onbekend niet belangrijk 6 7 8 thema Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015 43 gebouwdelen procesmatige elemententoelaatbare seismische belasting van de gebouw- onderdelen installatietechnische elementen bouwkundige elementen grondversnelling [pga in g] seismische capaciteit draagconstructie grootst verwachte aardbeving constructieve elementen 9 Voorbeeld van seismische capaciteit gebouwelementen 10 Weging van verbetermaatregelen 11 Prioritering van verbetermaatregelen Duidelijkheid Op dit moment zijn er nog geen seismische eisen waaraan een bestaand gebouw moet voldoen. Het is aan de eigenaar van een gebouw om deze risicoafweging te maken. De groene versie van de NPR 9998 zal al meer duidelijkheid verschaffen over de noodzakelijke berekeningen aan bestaande gebouwen. Wel is al duidelijk dat de risico's in de regio groter zijn dan wenselijk wordt geacht. Een seismische scan met de ASCE kan dan een eerste stap zijn om de risico's te verkleinen. ? ? LITERATUUR 1 NEN-EN 1998-1:2005 Eurocode 8 - Ontwerp en berekening van aardbevingsbestendige constructies - Deel 1: Algemene regels, seismische belastingen en regels voor gebouwen. 2 NEN-EN 1998-3:2005 Eurocode 8 - Ontwerp en berekening van aardbevingsbestendige constructies - Deel 3: Beoordeling en vernieuwing van gebouwen. 3 NEN Interim Advies, Voorlopige ontwerpuitgangspunten voor nieuwbouw en verbouw onder aardbevingsbelasting ten gevolge van de gaswinning in het Groningenveld, 15 mei 2014. 4 NPR 9998:2015 Ontw. Beoordeling van de constructieve veiligheid van een gebouw bij nieuwbouw, verbouw en afkeuren - Grondsla- gen voor aardbevingsbelastingen: Geïnduceerde aardbevingen. 5 ASCE 41-13; Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. 6 Accord partiel ouvert en matière de prévention, de protection et d'organisation des secourcs contre les risques naturels et technolo- giques majeurs du Conseil de l'Europe, Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie, Volume 15, European Macroseismic Scale 1998, G. Grünthal, Luxembourg 1998. 7 NEN-EN 1990: Eurocode 0 - Grondslagen van het constructief ontwerp. 8 Risico Analyse Aardgasbevingen Groningen, Staatstoezicht op de Mijnen, Ministerie van Economische Zaken. Van alle bovengenoemde elementen kan in beeld worden gebracht tot welke aardbevingsversnelling ze functioneel blijven (fig. 9). De onderverdeling in de figuur laat zien dat niet alle elementen een gelijke beving aan kunnen. De stippellijn onderin geeft een indicatie van de kans op een aardbeving met de genoemde pga-waarde. In dit voorbeeld is te zien dat er ook winst op veiligheid is te behalen door het aanpakken van andere dan de constructieve elementen. Daarmee wordt niet het risico van de grootste aardbeving afgedekt, maar bij de meer waarschijnlijke, kleinere aardbeving kan toch het risico op letsel worden beperkt. Eindproduct De seismische scan houdt niet op bij de analyse en beoordeling van het gebouw. Met de systematiek worden de seismische zwaktes in kaart gebracht en verbeteringen gegeven om de seis- mische weerbaarheid van het gebouw te vergroten. Van ieder aspect van deze verbeteringen wordt aangegeven hoeveel impact ze hebben op de verbetering van de veiligheid, hoe de kostprijs zich verhoudt tot de overige maatregelen en hoeveel overlast het zal geven om de maatregelen uit te voeren (fig. 10). Samen met de opdrachtgever wordt bekeken welke maatregelen hij wenst toe te passen. Het kan zijn dat de opdrachtgever het betreffende gebouw volledig aardbevingsbestendig wil maken, maar het kan ook zijn dat dit (financieel of praktisch) niet mogelijk is. De prioritering van de verbetervoorstellen wordt gedaan door de invloed op de veiligheid en de haalbaarheid inzichtelijk te maken. Natuurlijk zijn vooral de goedkope, erg effectieve maatregelen interessant. Helaas zullen in figuur 11 niet alle maatregelen in dit vlakje gaan uitkomen. onderdeel toetscriteriumimpact op veiligheid kostenoverlast vervangen metselwerk binnenwanden controle/verankeren stucplafond middengang controle/verankeren overige plafonds verankeren losse inrichting invloed op veiligheid haalbaarheid invloed op veiligheid klein groot laag hoog 10 11 9 Seismische scan bestaande betonconstructies 1 2015