C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gRepa rat iecement 2005 538Constructieve versterking is eenvakgebied geworden dat in belang-rijkheid alleen nog maar zal toene-men. Uiteraard heeft er nog steedsnieuwbouw plaats, maar dat isnauwelijks vervangende nieuw-bouw. Zo is het aantal nieuwe wo-ningen op jaarbasis minder dan1% van de woningvoorraad, terwijlde woningbehoefte nog steedsgroot is. In de utiliteitsbouw zienwe dat gebouwen (pakhuizen, kan-toren, fabrieken) als gevolg vanwijzigingen in processen en loca-ties leeg komen te staan en anderefuncties behoeven. Aandacht voorde voorraad gebouwen voor le-vensduurverlenging en functio-nele aanpassingen, maakt dat con-structies moeten worden gewij-zigd en daarmee in bepaalde ge-vallen ook versterkt.De noodzaak tot constructiever-sterking laat zich onderscheidenin drie gebieden:? daar waar in het verleden hetconstructieve principe niet juistis onderkend, hetgeen tot scha-de heeft geleid;? als gevolg van veranderingen ingebruik, waardoor de construc-tie moet worden versterkt;? door degradatie als gevolg vanbiologische, chemische, fysischeen mechanische processen. Opde vele mogelijkheden van her-stel van degradatieprocessenwordt hier niet ingegaan.De mogelijkheden van versterkingzijn voor een aantal gevallen beke-ken aan de hand van voorbeelden,voor funderingen, metselwerk,hout en beton.N i e t o n d e r k e n n e nc o n s t r u c t i e v e p r i n c i p e sYork MinsterDe York Minster is gebouwd opstaal. De ondergrond bestaat uitsamendrukbare klei, silt en zandtot zeer diep onder de fundering.De toren, die staat op de kruisingvan het schip en het dwars tran-sept, wordt gedragen door kolom-men die de fundering zwaarderbelasten, waardoor deze meer zet-te dan de rest van de kathedraal.Om dit proces te stoppen is in1967 de fundering versterkt. Degrond naast de pilaren is wegge-graven. Op de onbelaste klei wer-den grote betonplaten gestort(fig. 1). Op deze platen werdenplatte vijzels geplaatst, met daar-boven opnieuw grote betonplaten,die door naspanning aan de pila-ren werden verbonden. Door in-jecteren van de vijzels werd belas-ting uit de pilonen op de kleilaagernaast overgebracht. Het injecte-ren geschiedde in verschillendestappen om de samendrukkingvan de eerst onbelaste klei te com-penseren. Dit type oplossing isrelatief goedkoop en doet rechtaan het constructieve principe omtot een gelijkmatige belastingaf-dracht te komen.Sinds 1967 zijn de constructievemogelijkheden toegenomen, zoalsgrouting en het toevoegen vanpalen. Toch zal gezien de typischegrondopbouw noch door palennoch door grouting een technisch-economisch betere oplossing kun-nen worden gevonden.GenadendalTU Delft is betrokken bij de res-tauratie van Genadendal, 120 kmten oosten van Kaapstad. Aan heteind van de achttiende eeuwstichtte de Moravian Church ditmissiedorp voor de Hottentotten.De huizen, werkplaatsen en admi-nistratieve gebouwen werden gere-aliseerd in Cape-Hollandstijl enzijn opgebouwd met door de zongedroogde leemstenen. Het is be-langrijk te realiseren dat de spiri-tuele aspecten werden gezet naasthet leren van vaardigheden vooreen goed vakmanschap. In de res-tauratie, waarvoor de Nederlandseoverheid via HGIS-cultuur42% bijdraagt (iets meer dan 1 miljoen), speelt het conserve-rend-restauratieve een rol naasthet opwaarderen van de functio-nele kwaliteiten, het bevorderenvan het toerisme maar ook hetopnieuw leren van vaardighedenopdat de bevolking kansen krijgtop de arbeidsmarkt.Er zijn veel problemen met betrek-king tot de kwaliteit, voor een deeldoor vochtinwerking (pleister,hout) en voor een ander deel doorzetting. De gebouwen staan veelalop een helling en zijn zeer ondiepgefundeerd. Als gevolg van de zet-ting treedt scheuren van de zonge-droogde stenen op. Het opheffenVoor elke toepassing is er een oplossingConstructieve versterkingassoc.prof. L.G.W. Verhoef, TU Delft, fac. BouwkundeDe toepassingen van versterking zijn zeer uitgebreid en behelzen alle con-structiematerialen, van ruwe materialen als zand tot bewerkingen vanmaterialen zoals staal of beton. Tijdens het constructief ontwerp ontstaanverschillende mogelijkheden van dragen die ook nog eens in verschillendematerialen kunnen worden uitgevoerd. De uiteindelijke keuze wordt meestaldoor de economie bepaald. Datzelfde geldt voor het versterken van construc-ties. De achterliggende gedachte is eveneens hoe met een minimale financi?leinzet een maximum resultaat kan worden bereikt.origineel metselwerkbetonstalendraadstangenbetonplaatplatte vijzelsvoorheen onbelastekleilagennoordwestelijkepenant1 |Versterking York MinsterC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gRepa rat iecement 2005 5 39van voortgaande zetting en hetverbinden van de muurdelen iseen onderdeel van de nodige ver-sterking.Er is gekozen voor een systeemwaarbij onder de fundering door-gangen werden gemaakt voor be-tonnen kespen loodrecht op demuur voor het verkrijgen vanmeer draagoppervlak (fig. 2). Voorde samenhang in het muurwerkwerd zowel aan de buiten- als aande binnenkant van de zongedroog-de stenen een verzinkt stalen net-werk bevestigd, voorzien van ver-zinkte stripankers op de hoeken(foto 3). Het probleem voor defundering is dat met het ondergra-ven tijdelijk minder draagopper-vlak wordt gecre?erd, waardoor dezetting juist zal toenemen, terwijlde betonnen kespen slechts gelei-delijk kunnen gaan werken naverdere zetting. TU Delft adviseer-de om een deel van de grond bin-nen de woning te verwijderen endaarop een licht gewapende beton-plaat te storten en die in te kassenin het muurwerk (fig. 4). De belas-ting op de binnen de woning gele-gen grond neemt daardoor niettoe. Het voordeel is minimale ver-storing en behoud van de draag-kracht op de ondergrond van hetmuurwerk, waarbij de versterkingvolgt uit het grote vloeroppervlakdat kan meedragen.Het gaat altijd om het toevoegenvan enig draagvermogen. Belang-rijk in een dergelijke oplossing isde bereikte samenhang in hetmuurwerk, via de inkassingen.Het koppelen van de muurdelenwerd bereikt door het inlijmen vanankers met platen aan de buiten-zijde, waardoor slechts minimaalherstel van het pleisterwerk nodigis, hetgeen minder storing ople-vert dan door het inboeten vannieuwe stenen.De AdelaarIn het begin van de twintigsteeeuw kwam beton als constructie-materiaal op en deed haar intredein gebouwen. Een aantal - nu -historische gebouwen heeft eentraditioneel dragende baksteen-huid en intern een half skelet vanbeton. Een dergelijk gebouw is dezeepziederij de Adelaar. Door sa-menwerking van de verschillendematerialen beton en metselwerktrad verhindering van krimp opdoor het op binnentemperatuurgebrachte beton, met scheurvor-ming in het metselwerk als gevolg.Hergebruik van een dergelijk ge-bouw, bijvoorbeeld met een kan-toorfunctie, heeft als voorwaardedat het gebouw aan verschillendeeisen moet voldoen, zoals de isola-tie-index. Omdat van het gebouwjuist het zichtbare metselwerk dekwaliteit heeft waardoor het demoeite waard is dat als zichtvlak tebehouden, is isolatie aan de bui-tenkant uitgesloten en moet bin-nenisolatie worden toegepast.De benodigde thermische isolatiezal grotere thermische gradi?ntenveroorzaken, wat zal leiden totgrotere scheurwijdten, of gevelslaten scheuren die tot nu toe nietscheurden. Voor ongescheurde2 |Kespen loodrecht `onder'de muureventueel krimpnetwapeningsnetindien gewenst met hout te bedekkendoorsnede Abestaande deurA4 |Betonplaat op `staal'3 |Verzinkt stalen netwerkmet ankersa.b.muurdikte 350 mmmin. ? 1,4 m?300?750buitenh.o.h. 1,6 mbeton (25 MPa)zandaanvullingbinnenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gRepa rat iecement 2005 540gevels, die na rekenkundige con-trole in gevaar komen door toepas-sen van binnengevelisolatie, isdoor een afstudeerster aan de TUDelft een interne klimaatgevelontworpen, die in feite de oor-spronkelijke situatie handhaaft envoorkomt dat mensen ziek kun-nen worden door koudestraling,maar uiteraard meer energievraagt dan een ge?soleerde gevel.Reparatie van de scheuren doorinboeten van nieuwe stenen isslechts een tijdelijke oplossing. Bijde volgende zeer koude periodezullen opnieuw scheuren bij zwak-ke plekken zoals raamopeningenoptreden. Op zichzelf is tempera-tuurverkorting niet te voorkomen.Wel kan door versterken door op-lijmen en inlijmen van vezels diehoge trekspanningen kunnen op-nemen, plaatselijk scheuren wor-den voorkomen. Het doel is dande scheuren zodanig te verdelendat de scheurwijdte beperkt blijfttot maximaal 0,1 mm.Theoretische studies aan de TUDelft met laboratoriumonderzoekop een schaalmodel als verificatie,hebben een goede overeenkomstlaten zien tussen theorie en labo-ratoriumtest (foto's 5, 6, 7). Overi-gens zijn conclusies getrokkenover het inzagen van dilataties ingemetselde lange muurconstruc-ties. Deze helpen slechts in deomgeving van de dilatatie. Alge-meen gesteld hebben ze geen zin!V e r a n d e r i n g e n i n g e b r u i kHoutHoutconstructies kunnen op veelmanieren worden versterkt [1, 2,3], zoals door het toevoegen vanhouten elementen al dan niet metstalen of glasfiberstaven, het ver-sterken van de trekzone door hetoplijmen van een koolstofvezel-composiet, maar ook met beton.Op dit laatste gaan we in.Vergroting van sterkte en stijfheidkan worden bereikt door een rela-tief dunne betonvloer op de hou-ten vloer te storten. Op de houtenvloer wordt een folie aangebracht,waardoorheen speciale mechani-sche dwarskrachtverbindingen inde houten balken worden ge-schroefd voor opname van delangsschuifspanningen. Dezemoeten onder 45? worden aange-bracht, zodat ze op trek en niet opbuiging worden belast (fig. 8).Vooraf moeten de balken wordenondersteund. Het betondeel werktals drukzone, terwijl de houtenbalk als trekzone werkt. De totaleconstructiehoogte wordt hierdoorgroter en daarmee de stijfheid,terwijl ook de opneembare belas-ting kan toenemen. Wel moet eropworden gelet dat er met de beton-nen drukzone geen starre verbin-ding met de gemetselde gevelwordt gecre?erd (zie het probleembij de Adelaar). Isolatie in de kas-sen is nodig. Het grote nadeel vandeze systemen is de nodige aan-passing aan deuren en trappen.Een nieuwere toepassing is hetdirect verbinden van beton ophout via een stijve lijmverbindingop epoxybasis (fig. 9).BetonDe belangrijkste versterking is:gebruikmaken van de overcapaci-teit die kan worden benut. Ditheeft te maken met de gegevensuit het verleden. Uit huidige in-zichten volgt dat:? de gehanteerde veiligheidsco?f-fici?nten van 1,64-1,8 op zoweleigen gewicht als rustende be-lasting te hoog waren. Nu wor-den parti?le veiligheidsfactorenvoorgeschreven in Eurocode 1die beduidend lager zijn voorpermanente en veranderlijkebelasting;? er geen rekening werd gehou-den met de vervormingscapaci-teit van constructies. Schaak-bordbelastingen waren de basisvan statische schema's, waar-door meer wapening werd toe-gepast dan nodig om 1/8 ql2opte nemen;? de sterkte van het beton is toe-genomen in de tijd;? de inwendige hefboomsarmgroter kan worden vanwege hetplastisch gedrag van de beton-nen drukzone.Hierdoor kan het werkelijke draag-vermogen van oudere betoncon-structies tientallen procenten ho-ger zijn dan waarop oorspronke-lijk is gerekend. Desondanks kanhet nodig zijn om vloeren en bal-ken te versterken.6 |Oplijmen van CFRP bovenen onder de ramen5 |Inboeten van gescheurdestenen7 |Trekproef op metselwerkC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gRepa rat iecement 2005 5 41Versterken kan plaatshebben dooreen natte of een droge methode.? Natte methodeBestaande constructies hebbennog veelal een afwerklaag van50 mm. Door deze te vervangendoor een op te gieten druklaag kande constructiehoogte aanmerkelijktoenemen. Wel moet rekeningworden gehouden met mogelijkelangsschuifkrachten (`pel'krach-ten). Verankeren van de be?indi-gingen van de druklaag door mid-del van korte ankers kan hierinvoorzien. Onderzoek op dit gebiedis wenselijk.Opruwen van de bestaande con-structieonderdelen, zoals balken,het aanbrengen van extra uitwen-dige wapening en het opspuitenvan beton doen zowel sterkte alsstijfheid toenemen.? Droge methodeDoor het oplijmen van wapeningvan staal of vezels (koolstof, ara-mide of glas) kan versterking vande constructie worden bereikt.Welk materiaal het meest geschiktis, hangt af van hetgeen men be-reiken wil. Voor verhoging van desterkte kan zowel staal als een ve-zelcomposiet worden toegepast,waarbij op dit moment de kool-stofcomposiet het meest eenvou-dig is aan te brengen. Dit materi-aal heeft een vergelijkbare E-mo-dulus als staal, is corrosie-onge-voelig hetgeen in bepaalde om-standigheden een voordeel is enheeft een zeer hoge treksterkte.Indien de stijfheidseisen redenzijn voor het toevoegen van mate-riaal, dan ligt het oplijmen vanstaalstrippen ook economischmeer voor de hand. Dikwijls wordtervan uitgegaan dat een onderdeelzonder uitwendige wapening meteen veiligheid van 1 kan blijvenbestaan. Dit is zeker van belang,omdat de uitwendige wapeninggevoelig is voor beschadigingen.Over deze toepassingen is al ver-schillende malen in Cement gerap-porteerd.Daar waar versterking moet plaats-hebben voor zowel buiging alsdwarskracht wordt in sommigegevallen wel een combinatie toege-past van beugels of wrapping inkoolstofvezel en staalstrippen voorbuiging (foto's 10, 11, 12).T e n s l o t t eDit artikel geeft globaal aan dat erbinnen de steenachtige materialenveel mogelijkheden zijn om totversterking te komen. De waardevan bestaande gebouwen met huneconomische en milieutechnischeachtergronden is de achterliggen-de factor om de wens van verster-ken te honoreren. De toekomst zallaten zien dat dit een van de be-langrijkste onderdelen van hetwerk van architecten en construc-teurs zal worden. L i t e r a t u u r1. Van der Linden, M.L.R.,Hout-beton draagsysteem.Cement 1995, nr 9.2. Van der Linden, M.L.R.,Hout-beton. Cement 2000, nr 8.3. Martin, Y., F. Dobbels enP. Van den Bossche, Prestatiesvan hout-betonvloeren: eenmultidisciplinaire benadering.Cement 2004, nr. 6.8 |Betonnen druklaag ver-bonden door specialeschroeven met houtenbalkenbetonhoutblijmverbinding12 | Speciale L-vormigehoekstukken voor ver-ankering9 |Lijmen van vers beton ophout10 | Versterken van vloer ineen winkelcentrum inWenen11 | Lijmen van CFRP bovenop een vloer