'Spleetcorrosie' prefab- betonconstructies Oorzaken en gevolgen van corrosie in de verbinding van prefab elementen met de hoofdraagconstructie 1 Bezweken borstweringselement 1 50? CEMENT 2 20 23 Case 1: Bezweken borstwering van galerijflat In januari 2020 bezweek een meer dan 300 kg wegende betonnen borstwering van het noodtrappenhuis van een galerijflat in het westen van het land en deze viel vanaf de negende verdieping op het maaiveld (foto 1 en 2). Het betreft een woongebouw uit 1964 van tien woonlagen met 220 galerijwoningen boven een bergingslaag.De prefab elementen zijn opgelegd op een opstort (schrobrand) van de galerij en verbonden met koppelstaven Ø12 in gains 25 x 40 mm² hart-op-hart 500 mm (fig. 3). De schuine borstweringselementen van de noodtrappenhuizen zijn opgelegd op de galerij en het tussenbordes. Het schuine element is horizontaal 1,65 m lang (twee gains), de standaardelementen op de galerij zijn 1,99 m lang (vier gains). Inspectie? Direct na het incident volgde een acute inspectie. Hieruit bleek het volgende: Bij de oplegging, ter plaatse van de opstort was de enkele koppelstaaf afgenomen van Ø12 tot een restdiameter van 1,0 mm. Wat over was van de staaf is bezweken (foto 4). Voor de val was geen oplegmortel meer aanwezig onder de oplegging van het borst- weringselement, oftewel op de opstort van de galerij (zichtbaar op foto's van renovatie- aannemer vlak voor de val). De koppelwapening vanuit de opstort van de galerij was 10?15 cm opzij gebogen om in de gain van het borstweringselement van de noodtrap te passen. De koppelwapening was dus flink omgebogen om uit te komen in de gain. De wapening in de opstort bij het afgeval- len element was zowel aan de bovenzijde als de voorzijde gecorrodeerd. De elementen hadden minder oplegvlak dan op tekening aangegeven. Overige borstweringselementen? Na dit incident is een steekproef van de borstwe- ringselementen op de galerijen onderzocht (72 van de 710). De volgende gebreken wer- den aangetroffen: 75% van de onderzochte koppelstaven was gecorrodeerd. 36% van de 144 koppelstaven had een afname tot 10 mm resterende dia- meter. Één koppelstaaf was volledig door. De onderkauwing tussen opstort en borst- weringselement was overal verzand en bood weinig tot geen bescherming tegen vochtin- dringing richting de koppelstaven. Dit is de voornaamste oorzaak van de corrosie van de koppelstaven. 10 van de 144 (ofwel 7%) van de koppelsta- ven waren omgebogen. De koppelstaaf bevond zich niet in het hart van de gain, maar te veel naar buiten. Als de koppelstaaf teveel naar buiten ligt, wordt de arm om het moment op te nemen te klein. Het staal van de koppelstaven was zowel QR40 als QR24, oftewel van wisselende kwa- liteit. Met QR24 voldoet 60% van de stan- daard borstweringselementen niet aan afkeurniveau, bij QR40 33%. IR. PETRA KAPTEIJN-VAN HENNIK Projectleider Constructies / Senior Constructeur Nebestauteur Dat betonconstructies niet het eeuwige leven hebben is onder constructeurs wel bekend. Maar dat er met regelmaat prefab-betonconstructies van een gebouw vallen door corrosie van bevestigingsmiddelen of wapening in de spleet tussen prefab element en hoofddraagconstructie is minder bekend. In dit artikel worden aan de hand van vier cases diverse ernstige gevallen behandeld. Hieruit volgen oorzaken van bezwijken en aanbevelingen voor risicogestuurd onderzoek. CEMENT 2 2023 ?51 11% van de gains was niet gevuld, 4% was met hout gevuld. Er was een verhoogd chloridegehalte in de mortel van de onderkauwing (door dooi- zouten) rondom de koppelstaaf: bij 4 van de 35 koppelstaven (11%) werd een verhoogd chloridegehalte aangetroffen. Het maximum gemeten gehalte is 0,5% (m/m). De kans op door chloride geïnitieerde wapeningscorrosie was reëel, maar zeker was dit niet. Per gemeten element is een berekening gemaakt op basis van de aangetroffen dek - king en resterende diameter van de staaf. Omdat het zwaartepunt van het borst- werings element al nag enoeg aan de buiten- kant van de oplegging lag, voldeed de ont- werpsituatie maar net (foto 3). Met de afwijkingen voldeed 60% van de standaard borstwerings elementen niet aan het afk eur- niveau. 2 Bezweken borstwering vanaf noodtrappenhuis achtste/negende verdieping 3 Zwaartepunt borstwering ligt op rand schrobrand; trekwapening nodig 4 Bezweken koppelwapening bovenaansluiting aan zijde prefab element (dus ondersteboven) 2 3 4 52? CEMENT 2 20 23 Oplossing? Door de opdrachtgever is een traject ingezet voor vervanging van de borst- wering met hekwerk door alleen hekwerken. Voorkomen? De oplegmortels in dergelijke constructies moeten bestand zijn tegen vocht en dooizouten. Daarnaast blijft af- stemming van prefab constructies op in het werk gestorte constructies noodzakelijk om ombuigen van wapening te voorkomen. Case 2: Verzanden oplegmortel kolommen balkons wooncomplex Begin 2020 is een onderzoek gestart naar de oorzaak van scheuren en corrosiesporen in de kolommen van balkons van een woon- complex uit 1996 met vier en zes woonlagen (foto 5 en 6). Op de kolommen Ø250 mm rusten ge- stapelde prefab balkonplaten. De kolommen en balkonplaten zijn met stekken Ø16 mm in gains gekoppeld. Op de bovenste balkons staan de kolommen los. Deze worden belast met windbelasting uit geluidsschermen. Inspectie? De scheuren in de kolommen hadden een scheurwijdte tot 0,3 mm (bij 24 kolommen). Na uitgebreid onderzoek bleken 48 van 92 opleggingen tussen de prefab bal- konplaat en de kolom vochtig te zijn, geen samenhang te hebben (tussen kolom en on- derkant balkonplaat en tussen balkonplaat en onderzijde kolom), en bruin tot zwart/ bruin verkleurd (foto 7), verzand of zelfs deels weg (vijf stuks) te zijn. Enkele gains zijn aangeboord (zeven stuks). Bij allemaal bleek de mortel verkleid en roestbruin verkleurd (foto 8). Bij het ten behoeve van onderzoek afhijsen van een bo- venste kolom bleek de diameter van de stek Ø16 mm ernstig te zijn afgenomen (foto 9 en 10). Bij regen bleef water staan op het balkon in de hoeken richting de kolommen. De 5 Balkons aan een complex van vier en zes woonlagen 6 Verticale scheuren en corrosiesporen rondom verbinding prefab balkonplaat en kolommen Oorzaken van schade zijn meestal een verkeerd ontwerp of een onjuiste uitvoering 5 6 CEMENT 2 2023 ?53 7 7 Oplegmortel in onderdetail van binnen naar buiten verkleurd8 Verkleiïng van de gietmortel in de gain 9 Aangetaste stek bij afgehesen bovenste kolom met holte in prefab plaat 10 Grote afname stek Ø16 mm ter hoogte van naad tussen bovenzijde prefab plaat en kolom 8 9 10 kitnaad rondom de oplegmortel sloot niet aan of ontbrak. Hierdoor kon water bij de opleg - mortel komen. Dit is door de gain naar onder en bo ven getransporteerd, alwaar de mortel van binnen naar buiten verkleurd was. De verticale scheuren in (boven- en) onderzijde van de kolommen zijn veroor- zaakt door splijtspanningen in de kolom: omdat de oplegmortel nog maar deels draagt, wordt de belasting geconcentreerd rond en soms alleen op de stek. De aanwezige beugels in de kolommen (drie beugels Ø6-50) zijn daarvoor onvoldoende. Oplossing? Nadat uit onderzoek bleek dat de oplegmortel veelal verzand was, zijn de balkons onderstempeld. Op het moment dat duidelijk werd dat ook de mortel in de gains én de stek constructief onbetrouwbaar waren, is de volledige belasting gestempeld. In overleg met de eigenaar en aannemer is besloten alle kolommen onder de balkons te vervangen (foto 11). Alternatief was om alleen bij het falen van de oplegmortel deze te vervangen. Maar ook de gainmortel en de stekken waren on- betrouwbaar en moesten worden vervangen. Dat is complex, duur en geeft een minder betrouwbaar eindresultaat dan volledige vervanging van de kolommen. Bij vervanging is extra aandacht be- steed aan controle van type oplegmortel en vulmortel gains. Voorkomen? De schade had voorkomen kunnen worden door bij de bouw een opleg- mortel/gietmortel te gebruiken die krim- parm is en tegelijkertijd bestand tegen 54? CEMENT 2 20 23 vocht. In dat geval was geen waterdichte buitenste laag of kitnaad nodig geweest. Case 3: Bezweken bouten beton- nen borstwering portiekflat In september 2021 is bij balkononderzoek van een portiekflat een twijfelachtige conditie van betonnen borstweringen van de balkons aangetroffen. Het gaat om twee woongebou- wen met drie woonlagen, uit 1959/1960. De constructie van de balkons (voor- en achterzijde gebouw) bestaat uit een uit- kragende betonplaat met een afwerkvloer met een coating. Aan de voorzijde hangt een prefab-betonnen borstwering, die met vijf bouten is bevestigd aan de kopse kant van de balkonvloer (foto 12). Inspectie? Tijdens de inspectie van de bal- kons is bij één balkon, aan de achterzijde van de flat op de begane grond, corrosie aangetroffen. Alle vijf de bouten vertoonden zeer ernstige corrosie, waarbij het staal gro- tendeels of geheel was weggecorrodeerd (foto 13 en 14). Daarnaast waren aan de ach- terzijde van het gebouw bij de borstwering diverse betonschades zichtbaar met bloot- liggende en corroderende wapening (foto 15). De oorzaak van de corrosie van de bouten is water dat tussen de borst w ering en de balkonplaat door kan lopen. Op die locatie is geen afdichting aangetroffen. (Als constructeur kan men zich overigens afvra- gen of de oplossing bij de waterdichting had moeten liggen, of dat dit detail robuuster ontworpen had kunnen worden). Oplossing? De betonnen borstweringen zijn tijdelijk met een stalen profiel aan de buiten - zijde van de borstweringen en onderzijde van de balkons momentvast gefixeerd. Voorkomen? Dit soort schades kan worden voorkomen door inwatering in de naad Er moet niet op toezicht op de uitvoering wor- den bezuinigd 11 Vervangen prefab kolommen 11 CEMENT 2 2023 ?55 tussen balkon en borstwering te voorkomen. Echter, dat vraagt of een goede detaillering vooraf, of regelmatig onderhoud tijdens gebruik. Case 4: Betonnen privacyscherm valt van flat In de zomer van 2017 viel een 1000 kg zwaar betonnen privacyscherm van een flat op het dak van een winkelcentrum (foto 17). Dit dak is niet bezweken onder de impact van het beton, waardoor er geen gewonden zijn ge- vallen. Het gaat om een corridorflat uit 1969, met aan de voorzijde twaalf woonlagen boven een bergingslaag en aan de achterzij- de tien woonlagen boven vier lagen winkels en kantoren. De hoofddraagconstructie van de woonlagen bestaat uit betonnen wanden en vloeren gemaakt met de tunnelbouwme- thode. De balkons aan voor- en achterzijde bestaan uit uitkragende betonvloeren met daartussen 200 mm dikke betonnen ge- bourchardeerde uitkragende privacyscher- men. Ter plaatse van de woningscheidende bouwmuren zijn deze privacyschermen ver- diepingshoog en aan de kopgevels 1,7 m hoog). De prefab hoekprivacyschermen zijn met 14 12 15 13 12 Aanzicht balkon achterzijde; bevestigingspunten betonnen borstwering groen omcirkeld 13 Betonnen borstweringselement opgelegd in sponning op balkonplaat 14 Bevestiging (anker) volledig door gecorr odeerd 15 Bevestiging (anker) vertoont ernstige corrosie met aanzienlijke staalafname 56? CEMENT 2 20 23 vier wapeningsstaven Ø12 aan de bovenzijde en twee staven aan de onderzijde bevestigd aan de achterliggende in het werk gestorte betonwand (fig. 17). Inspectie? Na inspecties en laboratoriumon- derzoek is gebleken dat het bezwijken van het hoekelement is veroorzaakt door corro- sie van de verankeringsstaven, waarmee het borstweringselement is verbonden aan de betonnen hoofddraagconstructie. De corro- sie heeft geleid tot afname van de volledige doorsnede bij drie (van vier) bovenstaven en de twee onderstaven (foto 18). De overgeble- ven wapeningsstaaf (onder) had ook een ernstige doorsnedereductie en is uiteinde- lijk gebroken. De corrosie heeft kunnen optreden door grindnesten in de wand en gebrek aan betondekking op de zware wapening (bij on- derste balkons drie stekken Ø25 uit kolom in wand d = 200 mm) op de kop van de wand (foto 19). Hierdoor heeft vocht jarenlang bij de verankeringsstaven van het privacyscherm kunnen komen. Overige elementen? Bij inspectie van de andere balkons bleek bij circa 26% van de 43 hoekbalkons, net als bij het bezweken element, deze ernstige betonschade op de kop van de wand aanwezig. Bij nog eens 11% was de betonschade minder ernstig, maar had deze nog steeds gevolgen voor de be- trouwbaarheid van de bevestiging van het privacyscherm. De aanwezigheid van ingemengde chloriden verhoogde het risico op corrosie. Oplossing? Op basis van bovengenoemde aspecten is de faalkans voor de overige borst - weringselementen als reëel beoordeeld (mo - gelijke tot redelijke kans van optreden). Op basis daarv an heeft de eigenaar besloten alle hoekprivacyschermen af te laten hijsen. Bij woongebou - wen is het verstandig na circa 30 jaar een risico- gestuurde inspectie uit te voeren 16 16 Dak winkelcentrum met zichtbaar een laag kantoren, daarboven bergingen, en daarboven woningen CEMENT 2 2023 ?57 Om de steigerconstructie aan de achterzijde van het gebouw boven het winkelcentrum te kunnen plaatsen (geen constructieve gege- vens), zijn 2,5 m hoge stalen vakwerken op de der de verdieping geplaatst, die voorgespan - nen zijn bevestigd op de kolommen (foto 20). Voorkomen? Het bezwijken van het prefab element had voorkomen kunnen worden door een constructeur te laten controleren of overal tussen de wapening beton kan ko- men en verdicht kan worden, om daarmee grindnesten en holtes te voorkomen. Prak- tisch betekent dat minder of een kleinere diameter wapeningsstaven toepassen op de kop van de bouwmuren en vanuit de kolom- men. Als na ontkisten betonschades zicht- baar waren geworden, had dit uiteraard moeten worden hersteld. Het dunne plaat- materiaal waarmee de koppen van de beton - wanden waren afgewerkt, is absoluut geen vervanging van betondekking. Algemene oorzaken In de genoemde cases is overal sprake van zogenoemde 'spleetcorrosie', ofwel corrosie in een nauwe omgeving zoals tussen prefab element en hoofddraagconstructie. Voor de besproken cases kunnen een aantal algemene oorzaken worden aangewezen: te krap constructief ontwerp waarin geen rekening is gehouden met uitvoeringstole- ranties (als een verschuiving van 10 mm al betekent dat de krachten niet opgenomen kunnen worden, kunnen er vraagtekens worden gezet bij de ontwerpberekening); toepassen van krimparme oplegmortel die niet bestand is tegen vocht en/of dooizouten; onjuiste uitvoering (grindnesten, niet her- stellen van slechte stukken beton, ombuigen van wapening); niet-waterdichte aansluiting van achteraf aangebrachte prefab-betonconstructie. Voorkomen bij nieuwe constructies Hoe is de 'spleetcorrosie' van prefab-beton- constructies te voorkomen? Ontwerp betonconstructies met voldoende dekking volgens bijbehorende milieuklasse (op balkons wordt ook gestrooid). Bezuinig niet op toezicht op de uitvoering door deskundig personeel/constructeur. Dit gaat zowel om controle van leveranciers- tekeningen met het constructief ontwerp of de wapeningstekeningen, als om stukken van derden over een toe te passen opleg- mortel, of controle van de uitvoering. Uit- voeringsfouten (ook de onzichtbaar afge- werkte) kunnen uiteindelijk leiden tot bezwijken van onderdelen. Controleer als constructeur bij de aanslui- ting van kolommen op wandliggers of overal voldoende beton kan komen. Controleer op uitvoeringstoleranties zowel in de berekening als in de uitvoering, zodat een oplegging nog steeds constructief een oplegging is, en een momentarm voor op te nemen moment niet verdwijnt als een staaf door tolerantie verschuift. Dit luistert bij prefab constructies nauw. Risicogestuurd onderzoek Aansluitingen van prefab beton in de bui- tenlucht zijn gevoelig voor spleetcorrosie. Daarom moet met name worden opgelet bij panden van meer dan 25 à 30 jaar oud. Bij woongebouwen is het verstandig na circa 30 jaar een risicogestuurde inspectie uit te 17 Tekening bezweken privacyscherm 17 58? CEMENT 2 20 23 voeren. Op basis van een bureauonderzoek wordt daarbij vastgesteld of de volgende onderdelen (steekproefsgewijs) moeten worden onderzocht: galerij- en balkoncon- structies, betonnen borstweringen in de buitenlucht, oplegmortels en koppelwape- ning, gevels met spouwankers, VZA-con- structies in woongebouwen. Herstel Hoe is dit type schade te verhelpen? Dat is erg afhankelijk van de ernst van de schade. Bij bovenstaande schadegevallen is vanwege de ernst in alle gevallen uiteindelijk gekozen voor vervanging. In een deel van de gevallen is de constructie tijdelijk gefixeerd, tot een herstelplan was uitgewerkt. KENNISSESSIE 23 NOVEMBER 2023 Wil je meer weten over construc - tieve veiligheid en restlevens- duuranalyse van bestaand vastgoed? Meld je dan aan voor de gratis kennissessie van Nebest op 23 november 2023. Voor meer informatie en inschrij - ven, kijk op www.nebest.nl. 18 Bezweken element met de twee koppelwapeningsstaven onder en vier koppelwapeningsstaven boven 19 Kop van de betonwand ter plaatse van bezweken element met zichtbaar dunne EPS-plaat 20 Stalen vakwerken ter ondersteuning stempels balkon en steigerconstructie 18 20 19 CEMENT 2 2023 ?59