VZA-vloeren met corrosieschade 8 2 0 11 40 VZA-vloeren met corrosieschade Toen in maart 2008 de betonconstructie van een uitgebrande eengezinswoning in Heerhugowaard werd gecontroleerd op aanwezige schade, bleek een aantal voorspankabels in de verdiepingsvloeren spanningsloos te zijn. In dit artikel wordt teruggekeken op de manier waarop deze problematiek is aangepakt [1]. Op de vraag welke consequenties de bevindin- gen zouden moeten hebben voor vele andere VZA-constructies in Nederland uit dezelfde periode, wordt in een tweede artikel [2] in deze editie van Cement aandacht besteed. 1 Problemen met VZA-kabels in woonwijk Heerhugowaard opgelost De schade betrof een tussenwoning van een rijtje van zes. Deze woningen waren in 1975 gebouwd met de voor die tijd relatief nieuwe, maar wel al veelvuldig toegepaste techniek van voor - spanning zonder aanhechting (VZA). Snel was duidelijk dat de voorspankabels niet waren gebroken door de brand, maar door eerder opgetreden corrosie. De bevindingen plaatsten bewo- ners, eigenaren en de gemeente voor lastige vragen. Hoe ernstig is het, hoe beoordeel je de constructieve veiligheid van de 199 woningen in de wijk, welke mogelijkheden zijn er voor herstel en wie moet voor de kosten van onderzoek en herstel op draai- en? Inmiddels zijn die vragen beantwoord, is herstel uitgevoerd en hebben alle woningeigenaren een brief van de gemeente VZA-vloeren met corrosieschade8 2 0 11 41 1 Onderzoek naar conditie van VZA-kabels in uitgebrande woning 2 Schematische opbouw van VZA-kabel (a) en verankering (b) 3 Detail uit oude VZA-vloer tekening 4 Bekisting van vloer met VZA-kabels (foto uit periode 1974-1976) ontvangen. In die brief is gesteld dat mag worden aangenomen dat de verdiepingsvloeren van hun woning voldoen aan de daaraan te stellen constructieve eisen volgens het Bouwbesluit. Voorspanning zonder aanhechting Bij VZA bevindt de voorspankabel, meestal een zevendraads streng, zich in een kunststofomhulling. Tussen de kabel en de omhulling wordt vet toegepast (fig. 2a). Naast het feit dat er geen sprake is van aanhechting, is de bescherming van de voor - spankabel tegen corrosie anders dan bij voorspankabels die direct in het beton zijn toegepast. Daar waar in het laatste geval de alkaliteit van het beton voor de bescherming zorgt, mits er voldoende dekking is, moeten bij VZA de omhullingsbuis en het vet ervoor zorgen dat vocht niet bij de kabels kan komen. Dit vergt vanzelfsprekend ook passende maatregelen bij de verankeringen (fig. 2b). VZA is het meest toegepast in vloerconstructies in de woning- en utiliteitsbouw. Omdat kan worden volstaan met een geringe dekking en vanwege het gunstige effect van de voorspanning op de doorbuiging, kunnen er relatief dunne vloeren mee worden gemaakt. Daarnaast was het systeem aantrekkelijk omdat het ten opzichte van gewapend beton aanzienlijk minder arbeidsintensief was. Kenmerkend is dat de voorspankabels veelal over verscheidene vloervelden (woningen) doorlopen (fig. 3 en foto 4). Het kabelverloop loopt van boven in de vloer ter plaatse van de ondersteuning naar een laagste punt in het midden van de overspanning. Nadat de voorspankabels in de bekisting zijn gepositioneerd, wordt het beton gestort. Als het beton is verhard, wordt met een vijzel de voorspankabel in fasen op spanning gebracht. Daarna wordt de kabel met wiggen verankerd. Afhankelijk van de lengte van de voorspankabels, is aan één uiteinde voorge- spannen of aan beide uiteinden. Bij lange kabels is in de begin- jaren ook gewerkt met een tussenspanpunt. Dit was mogelijk als bijvoorbeeld voor een blok van zes woningen doorgaande kabels werden toegepast, en de vloerconstructie in twee keer werd gestort. In dat geval kon, door het gedeeltelijk aanspan- nen bij de stortnaad, bij de eerste drie woningen de onderstem- peling worden verwijderd, terwijl het tweede deel nog niet was gestort en/of verhard. Nadat de totale vloerconstructie was gestort en verhard, werd vervolgens de gehele kabel op de gewenste spanning gebracht. VZA-corrosieproblemen Omdat bij VZA het voorspanstaal niet wordt beschermd door alkalisch beton, is het zeer belangrijk dat wordt voorkomen dat vocht bij de voorspankabels komt. Bij de huidige VZA-syste- men is dat in voldoende mate gewaarborgd na uitvoerige prof.dr.ir. Dick Hordijk Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V./TU Eindhoven ir. Jan Meester Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V. ing. Nico Koenis en Laurens Commandeur Gemeente Heerhugowaard corrosiewerend vet HDPE-buis draden vochtafsluitend middel op alle stalen delenhechtmiddel op betonvlak 2a 2b 3 4 VZA-vloeren met corrosieschade 8 2 0 11 42 5 Eindverankering bij kopgevel 6 Verdiepingsvloer 7 Met een vijzel trekken aan een VZA-kabel 8 Breukvlak van strengen van gecorrodeerde en gebroken voorspankabels Om de schade aan de VZA-kabels in beeld te brengen, zijn de kabels ter plaatse van de uitgebrande woning en de eindveran- keringen bij de kopgevel geïnspecteerd. In de woning zijn kabels in het midden van de overspanning (laagste punt) vrij- gehakt en beoordeeld op corrosie en het al dan niet op span- ning staan (foto 1). Bij gebroken VZA-kabels is de plaats van de breuk bepaald door deze uit de kabelomhulling te trekken. Voor het beoordelen van de eindverankeringen zijn in het metselwerk van de kopgevels openingen gemaakt (foto 5). Omdat in dit geval de VZA-kabel achter de verankering nog enkele centimeters uitstak (dat is zeker niet altijd zo), was het mogelijk met een vijzel aan de kabel te trekken (foto 7). Dit is een risicovolle werkzaamheid die alleen door, met de techniek onderzoeken eind jaren 70 [4]. In de beginjaren van de tech- niek was de bescherming tegen vochtindringing beduidend minder goed. Corrosieproblemen bij VZA-constructies uit die periode (tot ca. het begin van de jaren 80) zijn vooral uit Noord-Amerika bekend. Maar ook in Nederland zijn voor enkele projecten eerder dergelijke problemen gerapporteerd [2]. De grote vraag bij de betreffende problematiek is hoe de veiligheid van de constructie kan worden beoordeeld als moet worden aangenomen dat VZA-kabels spanningsloos kunnen zijn en niet bekend is hoeveel en waar dat het geval is. Onderzoek woonblok met uitgebrande woning Om na te gaan of de brand gevolgen heeft gehad voor de VZA- voorspanning, is in opdracht van de gemeente Heerhugowaard een onderzoek uitgevoerd door het, in VZA gespecialiseerde, bedrijf Atlas Bouwtechnisch Adviesburo. Daaruit kwam naar voren dat diverse VZA-kabels waren gecorrodeerd en een aantal kabels niet op spanning stond. Daarop zijn direct de verdiepingsvloeren van alle woningen van het betreffende woonblok onderstempeld. De navolgende onderzoeken en herstelwerkzaamheden zijn uitgevoerd door en/of onder leiding van Adviesbureau Hageman [1]. Hierbij heeft Atlas alle werkzaamheden met betrekking tot de voorspanning uitge- voerd, zoals het vrijhakken en vervangen van kabels en het trekken aan kabels om de voorspankracht te bepalen. Het eerste uitgebreide onderzoek (rapport 6650-1-1 [1]) was gericht op het vaststellen van de oorzaak en de omvang van de corrosie en de breuk van de VZA-kabels. Dat er geen enkele relatie was met de brand was evident en had Atlas ook al aange- geven. Onvoldoende bescherming van de kabels tegen indrin- ging van vocht tijdens de bouw is een oorzaak voor corrosie en breuk, die voor 'vroege' VZA-systemen al enige tijd bekend is. In 1996 was Hordijk, toen als medewerker van TNO Bouw, ook al geconfronteerd met dit fenomeen bij een hoogbouw in Calgary, Canada [3]. 5 6 VZA-vloeren met corrosieschade8 2 0 11 43 Hoe verder? Het was duidelijk dat bij het onderzochte woonblok herstel- maatregelen nodig waren. Hoe en in welke mate moest nog nader worden bepaald. Veel lastiger was de vraag wat de bevin- dingen zouden betekenen voor de overige 193 woningen met eenzelfde constructiemethode. Gezien de oorzaak van de corrosieschade mocht worden aangenomen dat de problemen zich bij meer woningen zouden voordoen. Om dat te bevesti- gen en de gegevens over de schade verder uit te bouwen, is een steekproef bij een aantal andere woonblokken uitgevoerd (rapport 6650-2-1 [1]). Alvorens dat te doen, zijn tijdens een zeer druk bezochte informatieavond op 19 mei 2008 alle bewo- ners van de in totaal 199 woningen van de wijk door burge- meester van Heerhugowaard Ter Heegde en Hordijk van Adviesbureau Hageman uitgebreid geïnformeerd over de bevindingen van het onderzoek en de plannen voor het vervolgonderzoek. Parallel aan het uitvoeren van de steekproef zijn uitgebreide rekenkundige beoordelingen van de vloeren uitgevoerd om vast te stellen bij welke uitval van voorspanka- bels nog steeds kan worden voldaan aan de constructieve eisen volgens het Bouwbesluit (rapport 6650-3-1 [1]). Steekproef bij andere blokken In de steekproef zijn de kabels in acht blokken onderzocht. Het was niet goed mogelijk en ook niet noodzakelijk om in deze blokken alle kabels te onderzoeken. Het onderzoek is bij één van de twee kopgevels uitgevoerd, alwaar met een vijzel aan de voorspankabels is getrokken. De resultaten zijn gepresenteerd op een manier zoals in figuur 10 weergegeven. Bij alle onder- zochte woonblokken was in meer of mindere mate vastgesteld dat de conditie van de VZA-kabels niet helemaal goed was. Dat van het voorspannen, ervaren mensen moet worden uitge- voerd. Voor het trekken aan de kabels is een procedure ontwik- keld, waarmee zo goed mogelijk een indicatie over de grootte van de aanwezige voorspankracht werd verkregen, rekening houdend met wrijving in het anker. De VZA-kabels in de verdiepingsvloeren bevinden zich in het deel voor en achter het trapgat (fig. 6). Het gedeelte naast het trapgat is alleen voorzien van traditionele wapening. De VZA- kabels zijn in de lengterichting van het woonblok aangebracht. De meeste kabels (aangeduid met 'lang') lopen over het gehele blok van zes woningen door. Er zijn ook kabels toegepast (aangeduid met 'kort') die alleen vanaf de kopgevel in de eerste twee woningen aanwezig zijn. Gevonden was dat van de in totaal 22 onderzochte lange kabels er 12 (55%) geheel of gedeeltelijk gebroken waren of om een andere reden niet op spanning stonden. In een aantal gevallen is ook corrosie waar - genomen op kabels die nog op spanning staan. En er is bij een aantal gebroken kabels ook breuk van een enkele draad waarge- nomen op een andere locatie dan waar die kabel geheel was doorgebroken. Het merendeel van de breuken was het gevolg van opgetreden (spannings)corrosie (foto 8), maar in enkele gevallen moest de breuk van de kabel worden toegeschreven aan de gevolgen van hak- en/of breekwerk (foto 9). Omdat bij vijf kabels de breuk was opgetreden in de nabijheid van het tussenspanpunt, leek daarin ook een belangrijke, maar niet de enige, oorzaak te liggen voor de corrosieproblemen. Klaarblijkelijk kon tijdens de bouw ter plaatse water tot de kabels doordringen. Overigens zijn, in het in 1982 uitgebrachte CUR-VB-rapport 105 [4] over corrosiebescherming bij VZA, ook aanbevelingen bet betrek- king tot de toepassingen van tussenspanpunten gegeven. 7 8 VZA-vloeren met corrosieschade 8 2 0 11 44 Niet onderzocht Onderzocht, gebroken Onderzocht, akkoord Onderzocht, gedeeltelijk op spanning trapgat 1 8 8 14 20 19 13 1812 11 10 9 8 7 6 17 5 164 153 21 18 20 1716 1514 1211 109 13 6 8 7 5 4 193 21 OK trapgat Blok van 5 woningen OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK Ca. 27 % 5 draden stuk 56% tussenspanpunt tussenspanpunt 67% OK beschouwingen die hiervoor zijn gemaakt, was het feit dat in 1979 is gerapporteerd [5] over een experimenteel onderzoek. Hierin zijn vloerplaten, die vrijwel overeenkomen met de vloeren die in de woningen zijn toegepast, tot aan bezwijken belast. Daaruit blijkt dat de vloeren in zeer grote mate waar - schuwen, als alle kabels nog functioneren. In dat geval wordt volledig gebruikgemaakt van het feit dat bij dergelijke vloeren een zogenoemd 'trampoline effect' optreedt. Hiermee wordt bedoeld dat bij toenemende belasting de vloer verder doorzakt (met minimaal drie wijd openstaande scheuren), waarbij ten gevolge van het doorzakken de belasting die kan worden opge- nomen toeneemt. Op basis van de uitgevoerde analyses kon worden gesteld dat waarschuwend vermogen ook nog aanwezig is als relatief veel kabels zijn uitgevallen. kon worden geconstateerd omdat in de kabel niet de juiste voorspankracht aanwezig was of omdat de kabel gebroken was en eruit kon worden getrokken. Nergens was er sprake van een acuut constructief gevaar. Op minimaal twee plaatsen was de situatie zo afwijkend dat waarschijnlijk de vloer niet meer voldeed aan de constructieve eisen uit het Bouwbesluit. Rekenkundige beoordeling van de verdiepingsvloeren Berekeningen zijn uitgevoerd om inzicht te krijgen in de draag- kracht van de vloeren als VZA-kabels geheel of gedeeltelijk niet meer functioneren en de relatie daarvan met de constructieve eisen volgens het Bouwbesluit. Daarnaast is gekeken naar de mate waarin de vloerconstructie nog een zogenoemd 'waar - schuwend vermogen' heeft, voordat daadwerkelijk bezwijken optreedt. Voor de beoordeling van de benodigde constructieve veiligheid is uitgegaan van de bepalingen voor bestaande bouw in het Bouwbesluit. Met geavanceerde berekeningen is aange- toond dat ook als relatief veel kabels zijn gebroken nog steeds voldaan kan worden aan de constructieve eisen. In de wonin- gen is gemiddeld per VZA-kabel ook één staaf betonstaal toegepast. Omdat die staven niet doorlopen over het tussen- spanpunt, zijn vloervelden naast het tussenspanpunt maatge- vend. In Tabel 1 is aangegeven welk percentage van de kabels maximaal mocht zijn uitgevallen bij respectievelijk woonblok- ken met en zonder tussenspanpunt, waarbij nog steeds werd voldaan aan de constructieve eisen voor Bestaande Bouw. Naast de beoordeling van de draagkracht van de vloerconstruc- ties op basis van de constructieve eisen in het Bouwbesluit is het voor de beoordeling van de vloeren met gebroken kabels in het algemeen belangrijk inzicht te hebben in het bezwijkge- drag. Het gaat daarbij dan met name om de vraag in hoeverre de constructie in staat is om te waarschuwen dat er iets mis is, alvorens te bezwijken. Een belangrijk hulpmiddel bij de Tabel 1 Percentage gebroken lange kabels waarbij nog juist wordt voldaan aan de constructieve eisen Bestaande bouw strook woonblok met tussenspanpunt woonblok zonder tussenspanpunt 1e, voor trapgat 25%45% 1e, achter trapgat 40%55% zolder, voor trapgat 25%45% zolder, achter trapgat 35%50% 9 10 VZA-vloeren met corrosieschade8 2 0 11 45 9 Gebroken voorspankabel met zichtbare hakschade 10 Resultaten van de steekproef voor één van de onderzochte woonblokken 11 Een voorgespannen reparatiekabel met nieuwe ankerplaat van de visuele inspectie schade aan de eerste twee kabels aan weerszijden van het trapgat werd verwacht, werd de kracht in die kabels bepaald. Uit de rekenkundige beoordeling bleek namelijk dat in die twee kabels minimaal een voorspankracht van één functionerende kabel aanwezig moest zijn. Voor de woonblokken met tussenspanpunten bleek uit de steekproef dat als de kracht in de eerste drie lange kabels aan weerszijden van het trapgat niet of nauwelijks een afwijking vertoonde, de kans dat het vloerveld niet voldoet aan de constructieve eisen uit het Bouwbesluit verwaarloosbaar klein is. Bleek dit niet het geval te zijn, dan werd voor de overige lange voorspankabels van het beschouwde vloerveld nagegaan of werd voldaan aan de in Tabel 1 genoemde percentages. Aanpak van en ervaringen met onderzoek en herstel Op basis van de uitgevoerde steekproef en de rekenkundige beoordeling is voor het onderzoek naar de nog niet eerder onderzochte woonblokken het stroomschema in figuur 12 opgesteld. Voor iedere woonblok is nagegaan of verbouwingen hebben plaatsgevonden, die tot beschadiging van VZA-kabels kunnen hebben geleid, en zijn de vloeren geïnspecteerd op scheurvorming. In het stroomschema is onderscheid gemaakt tussen woonblokken van vijf of meer woningen en kortere woonblokken. De reden hiervoor is dat bij de laatstgenoemde woonblokken geen tussenspanpunten zijn toegepast en de kans op structurele corrosieschade bij kabels zonder tussenspanpunt relatief gering bleek te zijn. Als tijdens de visuele inspectie geen bijzonderheden werden geconstateerd, was het onderzoek voor een woonblok zonder tussenspanpunten afgerond. Als op basis 11 VZA-vloeren met corrosieschade 8 2 0 11 46 N EE NEE NEE JA Onderzoek en e.v.t. herstel van nog niet onderzochte woonblokken in de Edelstenenwijk Woonblokken van 4 woningen Woonblokken van 5 of meer woningen Inventarisatie van verbouwingen en controle op scheurvorming in vloeren Inventarisatie van verbouwingen en controle op scheurvorming in vloeren Gerede kans dat beide kabels direct naast trapgat stuk zijn? Resultaten gebruiken bij beoordeling van resultaten van controle voorspankracht Bij kopgevel voorspankracht in de 2 lange kabels naast trapgat controleren De kracht in de eerste 3 lange kabels naast het trapgat controleren. Totale kracht minder dan van 1 func- tionerende kabel Max. afwijking is 25% reductie van kracht in 1 kabel Onderzoek en/of vervang zoveel lange kabels dat in de totale vloerstrook het minimaal benodigde aantal (4,5 voor en 5,5 achter trapgat) aanwezig is met min. 1 direct naast trapgat. 1 van beide kabels vervangen Einde Einde NEE NEE NEE JA JA JA 12 Stroomschema voor onderzoek en herstel van niet eerder onderzochte woonblokken Verklaring Nadat het onderzoek bij een woonblok was uitgevoerd, en eventuele herstelwerkzaamheden waren afgerond, zijn door Adviesbureau Hageman voor de betreffende woningen verkla- ringen opgesteld. Die verklaringen waren gericht aan de burge- meester. Als bijlage werd de rapportage van onderzoek en herstel voor het betreffende woonblok bijgevoegd. In die verklaring is geconcludeerd dat mag worden aangenomen dat de vloeren van de eerste en de tweede verdieping voldoen aan de daaraan te stellen constructieve eisen volgens het Bouwbe- sluit. De eigenaren hebben de verklaring met bijlage van de gemeente ontvangen en kunnen dit overleggen bij bijvoorbeeld verkoop van de woning. Tot besluit Op basis van het uitgevoerde onderzoek en herstel zijn twijfels over de constructieve veiligheid van alle woonblokken in de betreffende wijk van Heerhugowaard weggenomen. In het onderhavige geval heeft de gemeente Heerhugowaard de kosten van onderzoek op zich genomen. Als in een woonblok VZA- kabels moesten worden vervangen, waren de kosten voor reke- ning van de woningeigenaren. ? De reparatie van de vloeren bestond uit het vervangen van gecorrodeerde kabels door, ten opzichte van de originele kabels, iets dunnere reparatiekabels (foto 11). Voordat de repa- ratiekabels werden aangebracht, zijn de gecorrodeerde voor - spankabels verwijderd, de omhullingsbuizen goed droog gemaakt en de reparatiekabels ingevet. Bij het vervangen van VZA-kabels vinden de werkzaamheden met name bij de eind- verankeringen plaats, dus bij de kopgevels van een woonblok. Hierdoor kon de overlast voor de bewoners zeer beperkt blijven. Bij de tussenspanten was het echter nodig in de betref- fende woning een gaatje in de vloer te maken om de bestaande wiggen te kunnen verwijderen, waardoor het mogelijk was de reparatiekabel voorbij het tussenspanpunt te drukken. ? Literatuur 1 VZA-voorspankabels in woningen te Heerhugowaard; Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V., Dossier 6650: ? Rapport 6650-1-1: Onderzoek naar de oorzaak en omvang van corrosie en breuk, 19 mei 2008; ? Rapport 6650-1-2: Steekproef in Edelstenenwijk, 5 november 2008; ? Rapport 6650-1-3: Rekenkundige beoordeling capaciteit van de vloeren, 5 november 2008; ? Rapport 6650-1-4: Plan van aanpak voor onderzoek en herstel van alle woonblokken in de Edelstenenwijk, d.d. 5 november 2008. 2 Hordijk, D.A. & Meester, J.J. Handreiking voor VZA. Cement 2011/8. 3 Hordijk, D.A., Moel, J. de & Schupack, M. Corroded unbonded tendons in a high rise building; from risk management to maintenance issue. In: Proceedings of the XIIIth FIP congress on 'Challenges for concrete in the next millennium' (Ed. D. Stoelhorst en G.P.L. den Boer), Amster - dam, p. 803-807. 4 CUR-VB-rapport 105, Corrosiebescherming bij voorspanning zonder aanhechting, augustus 1982. 5 CUR-rapport 95, Voorspanning zonder aanhechting (deel 1), decem- ber 1979. 12