themaRobuustheid van constructies4201510themaRobuustheidvan constructies1Het besef dat robuustheid van constructies essentieel is, is enorm gegroeidRobuustheid van constructies 42015 11Consumenten verlangen producten die tegen een stootjekunnen. Smartphones, horloges, strijkbouten; geen van alle isgemaakt om op de grond te worden gegooid of in het watergedompeld. Toch gebeurt dit met enige regelmaat; horlogesvallen op een stenen vloer, smartphones in wc-potten. Vaakblijken zij na het voorval gelukkig nog steeds te functioneren.Dergelijke producten vinden wij robuust. Bij producten diedergelijke gebeurtenissen niet overleven, wordt de moeite nietgenomen te reclameren omdat onredelijkheid en beperkte kansop succes worden ingezien.Toch bestaat er ten aanzien van robuustheid een spanningsveldtussen consument en producent. Door (te) robuuste producten televeren, ondermijnt de producent zijn eigen markt. De producentstreeft ernaar niet meer te leveren dan wat strikt noodzakelijk isom aan de gespecificeerde eisen te voldoen. Overschrijding vandeze grenzen leidt tot disfunctioneren, schade of bezwijken, watop zijn beurt reparatie of vervanging noodzakelijk maakt.Vanwege het niet naleven van de voorwaarden zijn claims echterniet aan de orde. De markt van de producent wordt door dezebenadering dus niet geschaad, in tegendeel.Tegelijkertijd wenst de consument wel een robuust product.Een product dat ook in onvoorziene situaties kan functioneren.In veel gevallen is hij alleen niet bereid om voor deze robuust-heid ook de daarmee samenhangende extra kosten te betalen.BouwconstructiesWat voor constructies van smartphones en horloges geldt, geldtook voor constructies van bouwwerken ? zij het dat de gevol-gen van het wel of niet robuuste gedrag van constructies vaneen totaal andere orde kunnen zijn. De robuustheid van bouw-constructies werd in de praktijk altijd als iets extra's beschouwd.Iets wat ver boven het minimale uitsteeg en niet in normen wasopgenomen. Het was een niet nader omschreven deelgebiedwaarover de constructeur beslissingen nam, afhankelijk vanzijn:? constructief inzicht;? vakmanschap;? verantwoordelijkheidsgevoel;? vermogen om de natuurwetten en de marktwerking geengeweld aan te doen.Pas na het instorten van het 23 verdiepingen hoge flatgebouwin Ronan Point in Londen in 1968 (foto 2), kwam hierin veran-dering. Voor de eerste keer werd in de normen enige aandachtbesteed aan de onvoorziene belastingen en robuustheid. Na debomaanslag in de parkeergarage onder de WTC-torens in NewYork op 26 februari 1993 en de instorting van deze torens tengevolge van de aanslagen met passagiersvliegtuigen op 11september 2001, is het besef pas volledig doorgedrongen dathet noodzakelijk is om in de normen ook eisen ten aanzien vande onvoorziene belastingen en robuustheid op te nemen. Deeerste resultaten hiervan zijn al enige tijd beschikbaar, maar eris nog veel werk te verrichten en vooral nog veel te leren overhoe met de robuustheidseisen praktisch, kostenbewust eneffectief moet worden omgegaan.StudiesAls het gaat om robuustheid, wordt vaak eerst naar prefab-betonconstructies gekeken. Met prefab beton worden `kaarten-huizen' gebouwd, waarvan goed moet worden bezien hoe zeovereind kunnen worden gehouden. Het was dan ook nietverrassend dat ? mede op initiatief van de vaste Stufib-commissie Prefabricage ? nog geen jaar na het instorten vande WTC-torens in New York, in de zomer van 2002, Stufib-studiecel 2 werd opgericht. De opdracht: zich verdiepen in deproblematiek ten aanzien van het incasseringsvermogen vanbouwconstructies. Uitgangspunt waren de Eurocodes en metname EN 1991-1-7. De opdracht bleek nogal taai te zijn. Inseptember 2006 werd het resultaat van de gevoerde discussiesgepresenteerd als Stufib-rapport 8 ? Constructieve samenhangvan bouwconstructies. De grote verdienste van dit rapport wasvoornamelijk:? het nader specificeren van hoe om te gaan met de begrippentweede draagweg en sleutelelement;? het voor de constructeurs begrijpelijk en hanteerbaar makenvan het instrument risicoanalyse.prof. (emeritus) dipl.-ing. Jan Vambersky 1 Als de WTC-torens in New York niet over de robuustheid beschiktendie voor de herverdeling van krachten (tweede draagweg) heeftgezorgd, zou de hoeveelheid slachtoffers van de aanslagen veelgroter zijn geweestRobuustheid van bouwconstructies wordt steeds meer als eenbelangrijke eis gezien. Terecht, zo laten diverse praktijkvoor-beelden zien. Toch vinden ontwerpers het vaak lastig dierobuustheid te realiseren; het is niet altijd in rekensommen tevatten en behoeft een cultuuromslag. Het is de vraag ofopdrachtgevers wel bereid zijn er een meerprijs voor te betalen.Parallellen met consumentenproducten zijn treffend.themaRobuustheid van constructies42015122 In 1968 stortten na een gasexplosie 23 verdiepingen van het hoge flatgebouwRonan Point in Londen inHet rapport heeft vele, vaak eindeloze discussies (en frustraties)op dit gebied tussen handhavers en constructeurs weten tebe?indigen en heeft een bijdrage geleverd aan het verbeterenvan de robuustheid van nieuwe gebouwen.InternationaalOok internationaal bleek er grote behoefte te bestaan om meerduidelijkheid op dit gebied te verschaffen. Binnen de fibCommission 6 ? Prefabrication werd, kort na het verschijnenvan het eerdergenoemde Stufib-rapport 8, een werkroep 6.9opgericht die nader inging op robuustheid, specifiek op hetgebied van prefab-betonconstructies. Stufib-rapport 8 werddaarbij dankbaar als onderlegger gebruikt. In januari 2012waren de inspanningen van de fib werkgroep afgerond met `fibbulletin 63 - Design of precast concrete structures against acci-dental actions'. Het rapport is een verbetering en een stapvooruit ten opzichte van datgene waarmee Stufib-rapport 8 isge?indigd. Er is ruimte en richting voor alternatieven gegeven,onder andere ook om risicoanalyse als een alternatief instru-ment te gebruiken. Alhoewel in beginsel opgesteld ten behoevevan de prefabbetonnen gebouwconstructies, is dit rapport ookbruikbaar voor alle andere constructies van gebouwen.Mentale omslagHet thema robuustheid vraagt een mentale omslag vanconstructeurs. En misschien is dat nog wel het moeilijkste.Constructeurs zijn door het dagelijks uitoefenen van hun vakgevormd (boze tongen zeggen vervormd) tot zeer rationeel,consistent en consequent denkende en handelende mensen.Afwijkend gedrag wordt door de consistente wetten vanmoeder natuur onmiddellijk en genadeloos gestraft. Alsconstructeur moet je deze (natuur)wetten feilloos respecteren.In dat licht willen constructeurs dan ook alles sluitend enaantoonbaar maken en niets aan het toeval overlaten. En nukomt er in het kader van robuustheid een opgave op ze af omhun constructies bestand te maken tegen onvoorziene (dusonbekende!) belastingen. Het valt voor veel constructeurs nietmee om hiermee om te gaan.Goede voorbeeldenHet belang van de robuustheid van gebouwconstructies laatzich het beste illustreren aan de hand van voorbeelden uit depraktijk. Het meest bekend zijn de gevallen waarin het misging; nagenoeg onbekend zijn de gevallen waarin het goedging. Voor deze onevenwichtigheid zijn deels de media verant-woordelijk, die alleen ellende als nieuws zien en de verslag-geving daarop aansturen, maar voor het grootste deel ook hetfeit dat als iets goed gaat, het ook niet opvalt. Volgend enkelevoorbeelden.2Robuustheid van constructies 42015 13WTC torens in New YorkDe aanslagen met de passagiersvliegtuigen op de WTC-torensin New York (11 september 2001) en de gevolgen daarvan, zijnbij iedereen bekend (foto 1). Wat niet zo wijdverbreid is, is datde grote hoeveelheid slachtoffers (in totaal 2749) aanzienlijkgroter zou zijn geweest als deze gebouwen niet over de robuust-heid beschikten die voor de herverdeling van krachten (tweededraagweg) heeft gezorgd. De herverdeling vond plaats zoweldirect na de impact en het dientengevolge wegvallen van degrote delen van de draagconstructie, als in de periode daarna,waarin de diverse resterende constructieonderdelen successie-velijk hun draagvermogen verloren ten gevolge van de ontstanebrand. Deze herverdeling van krachten vond plaats? binnen het dichte, momentvaste raamwerk van de gevelbuis tengevolge van het veelvoudig statisch onbepaalde karakter ervan,? tussen de interne kolommen onderling alsmede tussen de internekolommen en de gevelbuis, dankzij een zwaar vakwerkrooster terhoogte van het dak van deze torens. De bezwijkende kolommengingen hieraan deels hangen. Dit vakwerkrooster diende alsdraagconstructie voor de (toekomstige) telecommunicatie-antennes. De aanzienlijke bijdrage hiervan aan een dergelijkeherverdeling van krachten was onvoorzien, maar wel aanwezig.343 In 2006 bezweek het dak van de botsautobaan in pretpark KoninginJulianatoren in Apeldoorn door een combinatie van wind en sneeuwfoto: VidiPhoto4 Wapeningstekening wand TU Delft; met rood aangegeven de voorspankabels,met geel de ingezaagde sparingenthemaRobuustheid van constructies42015145, 6 Twee nieuw ingezaagde sparingen, voor een deur en trapjeNieuwe behuizing PSHet Gezelschap`Practische Studie'(PS), een studievereniging vanstudenten Civiele Techniek aan de TU Delft kreeg bij een kleine verbou-wing aan de faculteit een beter onderkomen. Een persoonlijk verslagvan de auteur."Het was maandagochtend vroeg, ruim tien jaar geleden. Ik begonde post door te nemen achter mijn bureau bij Corsmit RaadgevendIngenieursbureau, toen een van de constructeurs mijn kamer binnenstapte en zei:`Ik heb net een telefoontje van de TU Delft gekregen datze daar in het weekend een paar kabels hebben doorgezaagd'. Metmijn gedachten nog helemaal bij mijn post, dacht ik: het is vervelend,maar dan zullen zij even zonder stroom moeten. Maar de constructeurvervolgde:`De man die zaterdag de deuropening in de betonnen wandaan het zagen was, zei dat hij ze had horen knallen'. Op dat ogenblikzag ik het gebouw van de Faculteit Civiele Techniek voor me: op allemogelijke en onmogelijke plaatsen verankeringen van voorspankabels!Ik liet onmiddellijk alles uit mijn handen vallen ? dat doe je alsconstructeur in dergelijke gevallen. Ik ben met de constructeur in deauto gestapt en op weg gegaan naar Delft. Daar aangekomen, troffenwij in de wand van de collegezalen C en D twee nieuw ingezaagdesparingen aan, een voor een deur (foto 5) en een voor een trapje (foto 6).In de deursparing waren acht voorspankabels doorgezaagd (foto 7), inde trapsparing drie.Als constructeur ga je direct naar de verwachte scheurvorming in deconstructie zoeken, maar er was geen scheur te vinden. Ook wil jegraag weten hoeveel voorspankabels in de wand er nog intact zijn. Wijtelden de (gelukkig overal zichtbare - zie foto 8) kabelverankeringen open kwamen tot 22. De helft van de kabels was dus doorgezaagd. Vooreen wand die aan weerszijden uitkraagt en twee grote collegezalendraagt, is dat heel verontrustend. Op dat moment gingen diversescenario's door mijn hoofd: ontruimen, rood-witte linten om hetgebouw, brandweer, politie? Maar eerst en vooral was het een zaak vannuchter nadenken. Onze vakkennis zei dat in dergelijke situaties bijbe-horende vervormingen en scheurvorming zichtbaar zouden moetenzijn en dat was niet het geval. De vraag was hoe dat kon.Eerst hebben wij bekeken hoe het met de belastingen in de desbetref-fende collegezalen stond: ??n zaal was leeg, in de andere stond eendocent voor een gehoor van vier studenten zijn voordracht te doen.Het was maandag 9.20 uur en de stof was blijkbaar niet zo boeiend; datgaf nog even tijd. De hoop was nu gevestigd op Beheer en Onderhoudvan de TU Delft. Zouden zij daar de oorspronkelijke constructietekenin-gen van het gebouw hebben? En inderdaad. Dit onderdeel van de TUDelft bleek zijn zaken voorbeeldig op orde te hebben. Binnen dekortste keren lagen de archiefdozen op tafel met de benodigde wape-ningstekeningen (foto 4), destijds gemaakt door ingenieursbureauAronsohn. Uit de tekeningen bleek dat in de wand ? naast voorspanka-bels ? ook dubbelzijdige zachtstaalwapening aanwezig was, diedestijds als minimum`praktische wapening'was voorgeschreven. Dewand bleek ook vastgestort aan de achterliggende betonvloer. Eensnelle controleberekening toonde aan dat met de aanwezige zachts-taalwapening in de wand en de vloer, de collegezalen nog (beperkt)konden worden gebruikt. Het was 11.00 uur. De rood-witte lintenkonden wegblijven, de kranten hadden geweldig`nieuws'gemist.Er waren geen nadere maatregelen nodig; het duurde nog een paarweken voordat alles ook in detail was doorgerekend en dat konworden aangetoond. Maar hoe had dit kunnen gebeuren? Aan deconstructeur was gevraagd om de lichte constructie van de nieuw tebouwen behuizing uit te rekenen en uit te tekenen. Dat er ook nog eendeuropening in de bestaande wand moest worden gezaagd en vooreen paar treden een sparing aan de bovenkant, bleef onopgemerkt. Bijde meeste wanden zou het boven in de wand ook niets uitmaken,maar hier ging het helaas om een grote uitkraging van voorgespannenwand. Een communicatiestoring heeft hier duidelijk voor een onvoor-ziene belasting gezorgd. De aanwezige robuustheid ten gevolge vande (arbitraire) minimum praktische wapening in de wand en de aange-storte vloer, heeft erger voorkomen en tezamen met het goed georga-niseerde beheer van het gebouw snel voor rust kunnen zorgen."5 6Robuustheid van constructies 42015 157 In de deursparing waren acht voorspankabels doorgezaagd8 Kabelverankeringen van de overgebleven voorspankabelsDe tijd die de aanwezige personen in het gebouw werd gegevenom te evacueren, werd bepaald door de genoemde robuustheid.De snelheid van de evacuatie werd bepaald door de regelmatiggehouden evacuatie-oefeningen. Nagenoeg alle personen onderde impactzone van de vliegtuigen konden evacueren en hebbenoverleefd. In totaal heeft 87% van de op het moment van deaanslagen in de gebouwen aanwezige personen, de aanslagenoverleefd.Als er sneeuw valtAls er sneeuw valt in Nederland, komen de voorbeelden waarhet met de robuustheid meestal niet zo goed zit al snel in dekrant. Vooral daar waar de constructies `tot op het bot zijnuitgeknepen'. De hoeveelheid sneeuw hoeft in die gevallen nogniet eens de in de normen aangegeven belastingen te over-schrijden. De gevolgen van de gemaakte omissies in ontwerp ofuitvoering en het onvoldoende incasseringsvermogen, komenbij de desbetreffende constructies dan in zicht.In het tekstkader `Nieuwe behuizing PS' staat een persoonlijkeervaring van de auteur betreffende een nieuw onderkomen vanHet Gezelschap `Practische Studie'.Tot slotInmiddels wordt alweer enige jaren met regelgeving gewerkt,waarin aandacht aan de robuustheid is besteed en met rappor-ten die ons helpen om hieraan goede en praktische invulling tegeven. Al werkende komen wij witte vlekken en vragen tegendie nog moeten worden ingevuld en beantwoord. Er zijn goedestappen gezet, maar er is nog werk te verrichten. Daar hoortook bij dat wij moeten leren beseffen dat de normen slechts deminimumeisen voorschrijven. Wij moeten ons bij elke opgavesteeds afvragen of wij ook alleen het minimale willen hebben. LITERATUUR1 Sagel, R., Boer, S. de, Bruin, G., Huyben, R., Roo, A. de, Vollebregt, J.,Vrouwenvelder, A., Wijte, S. Windt, J. van der, Vambersky, J., Construc-tieve samenhang van bouwconstructies. Stufib-rapport 8, 2006.2 Design of precast concrete structures against accidental actions.fib bulletin 63, International Federation for Structural Concrete (fib),2012.3 Design, Construction, and Maintenance of Structural and Life SafetySystems. Federal Building and Fire Safety Investigation of the WorldTrade Center Disaster (NIST NCSTAR 1-1), september 2005.4 Kool, E.J., Schmidt, T.H., Bouwkundige schades t.g.v. sneeuwval.Vrom-Inspectie, mei 2006.7 8