Ankers onder aardbevingsbelasting7 201546Ankers onderaardbevings-belasting1Achteraf aangebrachte ankersvragen speciale aandachtMeer lezenOver ankers onder aardbevings-belasting zijn twee artikelenverschenen. Het onderhavige artikel gaat over dewerking van de ankers. Het artikel`Berekeningvan ankers: de VS versus Europa'gaat in op regel-geving en staat elders in dit nummer. Het iseveneens beschikbaar op www.cementonline.nl.Meer over de theorie en praktijk van aard-bevingsbestendig bouwen staat in de tweethemanummers van Cement, Aardbevingen (1)en Aardbevingen (2). Ook deze zijn beschikbaarop www.cementonline.nl.Ankers onder aardbevingsbelasting 7 2015 47Jorge Gramaxo MScHilti Corporationir. Niels ArendsenHilti Nederland1 Constructieve verankering2 Seismische activiteit in Europa in 1900-2013bron: USGSOver de hele wereld zijn seismische berekeningsmethoden inde afgelopen jaren steeds belangrijker geworden. Dit beperktzich niet tot klassieke aardbevingsgebieden, maar geldt ookvoor bijvoorbeeld Centraal Europa waar de dreiging van aard-bevingen in het verleden is onderschat. De tragische aardbevingvan 1755 in Lissabon is een voorbeeld (zwaarste van Europa,8,5-9 op de schaal van Richter), maar de Europese verdelingvan seismische activiteit, getoond in figuur 2, illustreert datgrote aardbevingen in Europa niet alleen historische feiten zijn.En ook in Nederland is het besef doorgedrongen dat de groei-ende intensiteit van aardbevingen in Noordoost-Groningenvraagt om een integrale aanpak.Dit geldt niet alleen voor hoofddraagconstructies, maar ookvoor bijvoorbeeld niet-constructieve verbindingen. Aangezienlater aangebrachte ankers (mechanische of lijmankers) vaakworden gebruikt om niet-constructieve componenten aandragende elementen te bevestigen, is adequaat ontwerp enselectie van geschikte ankersystemen cruciaal om de veiligheidte waarborgen en kosten te minimaliseren die samenhangenmet een aardbeving.De verbindingen moeten helder worden gedetailleerd tijdensde ontwerpfase, zodat bouwers en toezichthouders een geza-menlijk standpunt kunnen vormen over de projectspecificaties.Hierdoor wordt het risico vermeden dat de verantwoordelijk-heid terechtkomt bij onderaannemers die de componentenmoeten monteren.Invloed scheurvorming op verankeringEen gebouw dat reageert op de grondbeweging van een aard-beving vertoont verplaatsingen en daardoor vervorming vande samenstellende componenten. Deze vervorming leidt tothet ontstaan en openen van scheuren in de betonnen delen.Dit betekent dat alle verankeringen, die zijn bedoeld om aard-bevingsbelastingen te weerstaan, geschikt moeten zijn voortoepassing in gescheurd beton. Het ontwerp moet uitgaan vande aanname dat scheuren in het beton zich openen en sluitentijdens de aardbevingsbeweging.Tijdens een aardbeving is de prestatie van veran-keringen cruciaal, hetzij om de stabiliteit te waar-borgen in geval van een constructieve verbinding,hetzij om slachtoffers en grote economischeverliezen te vermijden bij het bezwijken vansecundaire bevestigingen. De capaciteit van dezebevestigingen is afhankelijk van onder meerscheurvorming en gatspeling.2Ankers onder aardbevingsbelasting7 201548geschikt voorverankeringongeschiktvoorverankeringLp3 Scheurvorming in betonnen delen, uitgaand van een ontwerp met stijvekolommen en slappe liggers (Lp= lengte plastisch scharnier)4 Mogelijke gevolgen van gatspelingIn sommige delen van het gebouw kan extreme plastischedeformatie optreden zoals weergegeven in figuur 3. In gewa-pend beton kan vloeien van de wapening en cyclisch openen ensluiten van scheuren leiden tot scheurwijdtes van enkele milli-meters, in het bijzonder daar waar plastische scharnieren zichvormen. De goedkeuringsrichtlijnen voor ankers zijn (nog)niet ingesteld op zulke grote scheurwijdtes. Daarom moetverankering in de zones van plastische scharnieren wordenvermeden, tenzij aanvullende maatregelen zijn getroffen om descheurwijdte te beperken. Een anker, geschikt (goedgekeurd)voor werking in `normaal' gescheurd beton met een scheur-wijdte van ongeveer 0,3 mm, is namelijk niet vanzelfsprekendgeschikt voor seismische belastingen.Geschiktheid ankers bij seismische belastingGedurende een aardbeving worden de hoofddraagconstructieen de verbindingen beide cyclisch belast. Als gevolg zal descheurwijdte vari?ren tussen een minimum- en een maximum-waarde. Een hierop toegespitst testprogramma en evaluatie-criteria zijn noodzakelijk om de prestaties van een anker datwordt blootgesteld aan seismische activiteit, te beoordelen.Alleen ankers die de genoemde testprocedure goed doorstaan,kunnen worden voorgeschreven voor veiligheidsrelevanteverbindingen in aardbevingsgebieden.In het algemeen kan worden gesteld dat ankers waarop eengecontroleerde voorspankracht kan worden aangebracht en diein staat zijn tot naspreiding wanneer scheurvorming optreedt,Tabel 1 Geschiktheid van ankers onder seismische belasting (- ongeschikt, + beperkt inzetbaar, ++ zeer geschikt)type ankersysteemverplaatsingsgecontroleerdespreidankerslijmankersschroefankersvoorbetonmomentgecontroleerdespreidankers,typeboutmomentgecontroleerdelijmankersmomentgecontroleerdespreidankers,typehulsachtersnijdendeankersgescheurd beton metscheurwijdte wklein (w < 0,5 mm) - ++ ++ ++ ++ ++ ++medium (0,5 w 1,0 mm) - + + + + ++ ++groot (w > 1,0 mm) - - - - + + ++34a4bAnkers onder aardbevingsbelasting 7 2015 495 Voordelen van gevulde gaten en de Hilti Dynamic Set:vulring, conische ring, moer en contramoerseismische ankerontwerprichtlijn om gatspeling te vermijdenin een aardbevingsrelevant ontwerp.Bovendien moet er, in het geval van verankeringen die uitmeerdere ankers bestaan, rekening mee worden gehouden datdoor speling in de boutgaten een dwarskracht niet per definitiegelijkmatig over alle ankers wordt verdeeld. In een ongunstigesituatie, zoals bij een verankering dicht bij de rand van eenbetonelement, wordt in de regelgeving aangenomen dat deankers die zich het dichtst bij de rand bevinden, alle krachtopnemen. Er wordt namelijk van uitgegaan dat niet alle ankerstegelijkertijd worden belast, vanwege het feit dat niet alleankers direct contact maken met de zijkant van het boutgat inhet staal. Dit kan dus leiden tot betonrandbreuk voordat deankers die verder van de betonrand zijn gesitueerd, wordengeactiveerd in de lastoverdracht (fig. 4b).Door de gatspeling te elimineren ? bijvoorbeeld door de speel-ruimte tussen boutgatrand en ankerstang te vullen met eeninjectiemortel ? worden de hierboven beschreven effectenvermeden. Dit verbetert de verankeringscapaciteit aanzienlijk.Door het gebruik van de Hilti Dynamic Set (fig. 5) kan opprofessionele manier gecontroleerd de speling worden opgevuld.Tevens wordt lostrillen van de moer voorkomen, want in hetsysteem is ook een contramoer opgenomen. Dit komt ookovereen met de aanbevelingen in de Europese seismischeontwerprichtlijn.Tot slotVooraf aangebrachte ankers, ook wel boorankers genaamd, inconstructies onderhevig aan aardbevingsbelasting, vragen omspeciale aandacht. Gelukkig is er voldoende regelgevingbeschikbaar, zowel in Europa als in de Verenigde Staten. In hetartikel `Berekening van ankers: de VS versus Europa' elders indit nummer, wordt stilgestaan bij deze regelgeving. geschikt zijn voor seismische belasting. Naspreiding wil zeggendat bij voortschrijdende verplaatsing van het anker uit hetboorgat door vergroting van de scheurwijdte, de segmenten bijeen segmentanker het vermogen hebben om over de conusverder na te spreiden. Dit onder invloed van de reeds aanwezigetrekkracht. Ook ankers die werken door vormvergrendeling(achterinsnijdende ankers) hebben een goede werking tijdensaardbevingsomstandigheden. Verder is een aantal specifiekechemische ankers met goed gevolg getest op seismische lasten.Het gebruik van verplaatsingsgecontroleerde spreidankers(slagankers) moet worden vermeden omdat het gedrag van dittype anker onder seismische belasting instabiel is gebleken.Tabel 1 geeft een versimpeld overzicht van de geschiktheid vande bekende ankertypen om seismische lasten te weerstaan.Deze geschiktheid hangt voor een groot deel af van hoezeer hetbeton is gescheurd en hoe groot de scheuren zijn in geval vaneen aardbeving. De classificering is gebaseerd op een algemenebeoordeling van het ankertype en niet op een specifieke evalu-atie van een individueel product of merk.Deze tabel dient slechts voor een algemeen beeld van verschil-lende ankertypen en hun beperkingen. De werkelijke anker-prestaties van een bepaald ankersysteem onder seismischebelasting moet altijd worden getoetst aan de hand van degoedkeuringsdocumenten.Invloed gatspelingDe mate waarin een anker geschikt is voor het weerstaan vanaardbevingsbelasting, is ook afhankelijk van de zogenoemdegatspeling. Gatspeling is de vrije ruimte in het boutgat tussenhet anker en de zijkant van het boutgat in de voet- of kopplaat.Dit fenomeen treedt op wanneer bij afschuiving de dwarskrachtgroter wordt dan de wrijving tussen beton en voetplaat en slipoptreedt van de voetplaat, totdat de speling rond de ankerstangis doorlopen. De krachten op de ankers worden verhoogd doorde slagwerking die optreedt bij de stoot tegen de zijkant van hetboutgat (fig. 4a). Dit verklaart de aanbeveling in de Europese5