C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWapeningcement 2008 3 29Achteraf aangebrachteankers ter vergroting van deponscapaciteitDe oorzaak van het instorten vande ondergrondse parkeergarage inGretzenbach [1] is niet ondubbel-zinnig te bepalen. Zoals bij veelongevallen was het een samenspelvan verschillende oorzaken:ontwerp- en uitvoeringsfouten ?neen gewijzigd gebruik van devloer met een verandering vanbelasting. Hierdoor was een ver-keerde inschatting gemaakt vande kolombelasting en de verdelingvan de dwarskracht. In degebruiksfase was het grondpakketop het dak van de garage dikkerdan voorzien. Verdere mogelijkeoorzaken voor onvoldoendeponscapaciteit waren ontbrekendeponswapening, te lage beton-sterkte en afwijkende dekking opde vloerwapening.S y s t e m e n v o o rv e r s t e r k i n gBij het achteraf vergroten van deponscapaciteit wordt deze ineerste instantie bepaald aan dehand van geometrie, betonsterkteen aanwezige wapening. Voor demeeste aanvullende maatregelenbestaan geen standaard bereke-ningsmethoden. De controleervan is gebaseerd op bestaanderekennormen voor staal en beton,die met constructief inzichtworden samengevoegd op basisvan de specifieke toepassing.Volgens de VBC, art. 8.3, be?nvloe-dr. J. Kunz, Hilti AGir. M. Pols, Hilti NederlandDe afgelopen jaren is door enige instortingen de veiligheid van ponswapeningin bestaande gebouwen actueel geworden. Voorbeelden zijn het instortenvan het Sampoong Shopping Center in Seoul (Zuid-Korea), tijdens een ver-bouwing (1995), het instorten van parkeergarage Piper's Row Carpark inWolverhampton (Groot-Brittanni?), vanwege achterstallig onderhoud (1997)en het instorten van een ondergrondse parkeergarage in Gretzenbach,(Zwitserland), tijdens een brand (2004). Deze gevallen hadden voor een deelkunnen worden voorkomen indien de vloeren weerstand hadden kunnen bie-den tegen doorponsen. In dit artikel komen maatregelen aan de orde waar-mee de ponsweerstand achteraf kan worden vergroot.1 |Ponswapening kan aande onderzijde schuinworden ingeboordC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWapening30 cement 2008 3den de volgende parameters deponssterkte in een plaat:- de buigwapening 0in de pons-kegel;- de diameter d + a van de ponske-gel;- de nuttige betonhoogte d;- de ponswapening Asv;- de betontrek- en druksterkte ben 'b;- de geometrie van de kolom.De laatste twee parametersworden bepaald door de bestaandeconstructie, de eerste vier kunnenmet achteraf aangebrachte maatre-gelen worden be?nvloed.Verhoging wapeningspercentageEen gebruikelijke methode omhet wapeningspercentage te ver-hogen, is het aanbrengen vanexterne wapening door middelvan uitwendig gelijmde koolstof-vezelwapening (fig. 2). De ont-wikkelingen op dit gebied gaanzeer snel. In CUR-Aanbeveling91 [2] wordt een aantal prakti-sche modellen gegeven die con-servatief worden benaderd. Overeen aantal mechanismen is noggeen consensus bereikt.Zolang de bovenkant van hetvloerdek toegankelijk is, zijn dekosten van het aanbrengen vandeze wapening in verhouding totandere methoden beperkt. Deuiteindelijke mate van verster-king hangt sterk af van de geo-metrie. Bij het ontwerp moetrekening worden gehouden methet verschil in stijfheid tussen deaanwezige staalwapening en dekoolstofvezelwapening.Deze methode is effectiever bijeen laag dan bij een hoog wape-ningspercentage.Vergroting van de omvang van deperimeter (snedeomtrek)De perimeter p van de ponskegelkan worden vergroot door verbre-ding van de kolom (fig. 3), doorhet aanbrengen van een kolom-plaat of -kop (fig. 4) of door hetaanbrengen van een staalcon-structie (fig. 5). Zowel bij verbre-ding van de kolom als bij hetaanstorten van de kolomkopmoet de overdracht van deschuiflast zeker worden gestelddoor de contactvlakken tussennieuw en bestaand beton op teruwen. Schuifverbindingenzorgen voor de verdere over-dracht [3]. Kruip en krimp vanhet nieuwe beton zijn vaninvloed.Bij het aanbrengen van eenstalen kraag moet de totale ver-binding voldoende stijve samen-hang bieden. Bij een slecht uitge-voerd detail kan door buigingvan de vloer een opening ont-staan tussen staal en beton en isde werking van de kraag mini-maal. Om de positie van de staal-kraag zeker te stellen, wordt dezemet voorgespannen draadeindengemonteerd. Indien de kraag aande betonkolom wordt bevestigd,moet voor een zo goed mogelijkeverdeling van de ankerkrachten,speling in de boutgaten wordenvoorkomen door deze te vullenmet een injectiemortel.Vergroten van de plaatdikteEen extra betonlaag kan denuttige hoogte d van een plaatvergroten (fig. 6). Daarmeeneemt echter ook het eigengewicht van de vloer toe endaarmee de rekenwaarde van deponskracht. In het contactvlakmoeten de nodige voorzieningenworden aangebracht om eenmonolietvloer te verkrijgen. Eenandere mogelijkheid is omslechts plaatselijk een overlagingaan te brengen: een kolomplaatbovenop het vloerdek die deponskracht kan opnemen (fig. 7),aangebracht met ankers ofdeuvels buiten het invloedsge-bied van de ponskracht.Achteraf aangebrachte ponswape-ningEr zijn twee methoden om ach-teraf ponswapening aan tebrengen. Als onder- en boven-zijde van de vloer bereikbaarzijn, kunnen met draadeinden2 |Externe versterking doorbuigwapening3 |Kolomverbreding4 |Kolomkop5 |Stalen kraagC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWapeningcement 2008 3 31door-en-door verbindingenworden aangebracht (fig. 8). Omspeling te voorkomen en om teverhinderen dat er vocht in hetboorgat achterblijft, moeten deboorgaten worden ge?njecteerd.Deze toepassing kan wordenberekend zoals gebruikelijk bijingestorte hamerkopbouten. In[4] wordt hiervoor een bereke-ning gegeven.Vaak is de bovenzijde van de vloerslechts bereikbaar met hogekosten (afwerklaag verwijderen,afsluiten van in gebruik zijndeverdiepingen). In zulke gevallenkan ponswapening aan de onder-zijde van de vloer schuin wordeningeboord en verlijmd (fig. 9). Deboorgaten worden ge?njecteerd.T o e p a s s i n g e nAan de hand van drie voorbeel-den worden de verschillende toe-passingen toegelicht.1. Op de vloer gestorte kolomplaatBij het herberekenen van eenvloer bleek de ponscapaciteitonvoldoende. Als versterkingwerd gekozen voor een op devloer te storten kolomplaat,waarmee overigens nog steedskans op pons aanwezig bleef.Voor het geval pons zou optredenen het bestaande dek zou scheu-ren, is de vloer naast de te ver-wachten ponsscheur met ankers,als ophangwapening, aan denieuwe plaat bevestigd (foto 10).De foto toont ook de nadelen vandeze methode: het werken vanafde bovenkant van de vloer, methet verwijderen en weer aanbren-gen van de afwerklaag en dewaterkerende laag.2. StaalkraagTijdens de bouw werd de functievan een vloer gewijzigd, waardoorde vloerbelasting hoger werd danwas voorzien. Gekozen is eenvoorgespannen staalconstructiedie, onafhankelijk van de vloerver-vorming, een deel van de pons-kracht op zodanige afstand van de6 |Overlaging op vloer7 |Kolomplaat op vloer8 |Door-en-door verbinding9 |Ingelijmde ponswape-ning10 |Op vloer gestortekolomplaatC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWapening32 cement 2008 3300 30049510kolom kan afdragen, dat door degrotere snedeomtrek de ponsspan-ningen opneembaar worden. Deverticale belasting wordt door wrij-ving op de kolom overgedragen.Door de lengte van de boutenzoveel mogelijk te beperken, is hetspanningsverlies door relaxatie,alsmede door kruip van het beton,beperkt tot 5 ? 15% van de voor-spanning. De kruip is afhankelijkvan de leeftijd van de betonnenkolommen op het tijdstip van aan-brengen van de voorspanning.3. Ingelijmde draadeindenHilti heeft een methode ontwik-keld waarbij draadeinden ondereen schuine hoek, verspreid inde ponskegel, worden verlijmd.Dit systeem is in 1995 door hetRoyal Institute of TechnologyKTH te Stockholm getest opproefstukken bestaande uit eenbetondek op een kolom met vier-entwintig ingelijmde draadein-den [5]. Hieruit bleek dat er een50% grotere vloerbelasting konworden toegekend dan bij beton-dekken zonder ponswapening.De draadeinden moeten doorlo-pen tot iets onder de bovenwape-ning van het dek.De wijze van verankering van dedraadeinden bepaalt het ponsge-drag van het systeem. Deproeven waren verricht op ankersdie alleen waren ingelijmd.Momenteel worden ankers toege-past die aan de onderzijde vanhet beton met een moer zijn ver-ankerd en die zijn verlijmd meteen hogesterktelijmmortel (fig.11). Met dit systeem zijn tienproeven uitgevoerd op betonbal-ken. Het bleek dat de resultatenvan het ponsgedrag sterk afhan-kelijk waren van het aantalankers en de eigenschappen vande lijmsoort. Belastingsverhogin-gen tot 80% waren mogelijk tenopzichte van balken zonder pons-wapening in combinatie met eenhogesterktelijmmortel.In het Federal Institute of Tech-nology ETH in Lausanne, Zwit-serland is vervolgens aan dehand van proeven op betondek-ken, een rekenmethodiek voordit ankersysteem ontwikkeld [6].Daarbij is de Zwitserse normvoor ponsberekening (SIA 262)als leidraad gebruikt.Het principe van deze ontwerp-methode is als volgt.Voordat de constructie bezwijkt,zal een scheur ontstaan met eenopeningshoek (fig. 12).De scheurwijdte is afhankelijk vande aanwezige trekwapening: bijeen hoog wapeningspercentage inde vloer ontstaat een geringe ope-ningshoek. Het HZA-P ankerheeft op het moment van aan-brengen een lengte lb. Bij ontstaanvan de scheur verlengt het ankermet lb= hi. = lb/ lb= hi/ lbHet anker wordt berekend op hetverschil in rek tussen bezwijk- engebruikstoestand. Omdat het ankerniet op ??n punt vastzit maar overhet totale manteloppervlak van hetanker, wordt dit verschil onder eenwortelteken gebracht.De ponskracht VRd,csvolgt metdeze rekenmethodiek uit:VRd,cs= min(sAs; NR,sup; NR,inf)/__2waarin:s= Ka _________(UGT? BGT) hi fs,de door vervorming gege-nereerde staalspanning inhet anker;NR,sup= ? lb,supRd, de veranke-ringskracht in de bovensteankerhelft;NR,inf=0,28____M__fck lb,inf1,5[1 +dinf____lb,inf],de verankeringskracht inde onderste ankerhelft;Kais een factor behorend bijhet betreffende anker-systeem (anker en lijm),waarin zowel de anker-lengte als de elasticiteits-modulus zijn onderge-bracht;UGTis de rotatie in de uiterstegrenstoestand;BGTis de rotatie in degebruikstoestand opmoment van montage vanhet ankersysteem;? is de diameter van hetanker;Rdis de schuifcapaciteit vande lijmsoort.Voor de overige notaties ziefiguur 13.Uit de proeven bleek ook het uit-stekende vervormingsgedrag. Hetbezwijkgedrag vertoont minderspreiding dan bij situaties zonder11 |Toegepast systeem metHilti HZA-P verlijmd metHIT-RE 50012 |Verlenging van hetanker ter plaatse van descheur13 |Notaties formule pons-krachtilb hilblb,suplb,infhilbdinfC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gWapeningcement 2008 3 33ponswapening. Foto's 14 en 15tonen twee proeven met een rela-tief hoog wapeningspercentage.Uit figuur 16 blijkt dat de onver-sterkte plaat bij een last van 1000kN plotseling bezwijkt, terwijl deversterkte plaat bij bijna 1600 kNbezwijkt, buiten het versterkings-gebied, na plastische vervorming.Bij overbelasting van de vloer isdoor het plastisch gedrag een her-verdeling van lasten mogelijk naarandere kolommen, wat de veilig-heid van de totale vloer verhoogt.Op korte termijn zal de bereke-ning van het systeem op basis vande Zwitserse norm voor ponsbere-kening worden aangevuld met eenrekenmethode op basis van deEurocode. nL i t e r a t u u r1. Muttoni, A., A. F?rst, F. Hunke-ler, Gutachten zur Einsturzursa-che. Persbericht 15.11.05.2. CUR-Aanbeveling 91, Verster-ken van gewapend-betoncon-structies met uitwendiggelijmde koolstofvezelwape-ning. CUR, Gouda, 2002.3. Randl, N., F. M?nger, M.Wicke, Verst?rkung von Br?ck-entragwerken durch Aufbeton.Bauingenieur 2005, nr. 4.4. Ment?trey, Ph., E. Br?hwiler,Shear Strengthening of existingreinforced concrete slabs underconcentrated loads. EPFL -Repro, 1996.5. Hassanzadeh, G., F?rst?rkningav brobaneplattor med h?syntill stansing (Strengthening ofbridge slabs with respect topunching). Master of Civil Engi-neering Thesis, KTH, Stock-holm, 1995 (Zweeds).6. Muttoni, A., M. Fern?ndezRuiz, Design Method for Post-Installed Punching Shear Rein-forcement with Hilti TensionAnchors HZA-P. Ecole Poly-technique F?d?rale, Lausanne,2007.14 |Breukpatronen ver-sterkte plaat15 |Breukpatronen niet-ver-sterkte plaat16 |Kracht-vervormingsdia-grammen versterkte enniet-versterkte plaat020040060080010001200140016000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50vervorming [mm]belasting[kN]breukpatronen niet-versterkte plaatbreukpatronen versterkte plaat