themaChristchurch vs. Groningen2201540themaChristchurchvs. Groningen1Aardbevingen Nieuw-Zeeland geven nuttige informatie voor situatie GroningenChristchurch vs. Groningen 22015 41De Canterbury earthquakes, vijf aardbevingen in enrond Christchurch in 2010 en 2011, hebben veelinzicht gegeven in het gedrag van ongewapendemetselwerkgebouwen. Natuurlijk zijn er verschillentussen Christchurch en Groningen, maar de over-eenkomsten zijn opvallend groot. Daarom kunnenwij in Nederland veel leren van de ervaringen inNieuw-Zeeland.Bij veel mensen staat Nieuw-Zeeland vooral bekend als indruk-wekkend vakantieland. Dat is niet zonder reden. Het land toontnaast schitterende landschappen en diverse toeristische attrac-ties op vele plaatsen tekenen van vulkanische activiteit. Waar-schijnlijk realiseren slechts weinigen zich dat deze activiteitensamengaan met het optreden van zware aardbevingen. Net alsbekende aardbevingslanden als Japan, Indonesi?, Chili en dewestkust van de VS, ligt Nieuw-Zeeland in de Ring of Fire.Deze zone van verhoogde geologische activiteit omsluit deGrote Oceaan en wordt gekenmerkt door vele vulkanischeuitbarstingen en aardbevingen die het gevolg zijn van langselkaar of over elkaar schuivende tektonische platen. Nieuw-Zeeland ligt op de overgang tussen de Australische en Pacifi-sche plaat en wordt dus zeer regelmatig getroffen door aardbe-vingen (tabel 1). Dat we hierover in Nederland weinig horen,komt doordat constructies en gebouwen in Nieuw-Zeeland zogoed zijn dat de aardbevingen vaak weinig schade en slachtof-fers tot gevolg hebben.Aardbevingen 2010 en 2011Helaas was dat recent anders in het gebied rond Christchurch,de tweede stad van Nieuw-Zeeland gelegen op het Zuiderei-land. Darfield, een dorpje op 40 km afstand van Christchurch,werd op 4 september 2010 rond 4.30 uur plaatselijke tijd getrof-fen door een aardbeving met een kracht van 7,1 op de schaalvan Richter. De schade in Christchurch en omgeving wasaanzienlijk, voornamelijk aan metselwerkgebouwen en infra-structuur. Het vroege tijdstip waarop de beving plaatsvond,droeg ertoe bij dat dodelijke slachtoffers uitbleven.Gedurende de volgende maanden vond een reeks naschokkenplaats waaronder vier zeer zware. Een beving op 26 december2010 had een kracht van 4,2 en lag direct onder het stadscen-trum van Christchurch. Deze veroorzaakte al veel schade. Demeest verwoestende echter trof de stad op 22 februari 2011.Het epicentrum van de beving, die een kracht had van 6,2 opde schaal van Richter, lag net buiten het stadscentrum.Als gevolg van deze laatste beving lieten 185 mensen het levenen zijn talloze gebouwen gedeeltelijk of geheel verwoest.Inmiddels zijn circa 1500 gebouwen geheel of gedeeltelijkgesloopt. Het centrum van Christchurch is daarmee onherken-baar verminkt.Naar aanleiding van deze reeks zeer destructieve aardbevingenis een onderzoekscommissie ingesteld, die als opdracht had deoorzaak van het grote aantal instortingen en het aantal dodente onderzoeken. Op basis daarvan deed zij aanbevelingen omsoortgelijke catastrofes in de toekomst te voorkomen.Gezien de gelijkenis in grondopbouw en gebouwtype kunnen delessen geleerd uit dit onderzoek ook voor Groningen bruikbaarzijn. Dit artikel poogt in eerste instantie de situatie in Christchurchte beschrijven. Vervolgens wordt een overzicht gegeven van debelangrijkste conclusies in relatie tot ongewapend metselwerk datzowel in Christchurch als Groningen veelvuldig voorkomt.Bebouwde omgevingWoonhuizen in Nieuw-Zeeland, meestal slechts ??n of tweebouwlagen hoog, worden traditioneel uit hout vervaardigd. Hetaanbod van goed bouwhout van eigen bodem is groot enir. Mischa FalgerBAM Advies & EngineeringSam Cooper CPeng, S.e.Holmes Consulting Group (Auckland, Nieuw-Zeeland)1 De aardbeving die Christchurch in 2011 trof, had door de ondiepe oorsprongen de korte afstand tot het epicentrum een verwoestend effectfoto's: Holmes Consulting GroupBeving 22 februari 2011De verwoestende naschok van 22 februari 2011 in Christchurchhad een kracht van`slechts'6,2 op de schaal van Richter en wasdaarmee veel minder sterk dan de Darfield-beving een aantalmaanden eerder. Door de ondiepe oorsprong van de beving ende korte afstand tot het epicentrum, was deze echter wel veeldestructiever. De naschok werd veroorzaakt door onderlingeverplaatsingen van de Australische en Pacifische plaat en trad opin een niet eerder ontdekte breukzone op een diepte van 4 tot5 km. In de stad zijn peak ground accelerations (PGA's) gemetenvari?rend van 0,4 tot 0,8g. Lokaal zijn verticale versnellingengemeten tot 2,2g. Uit metingen is eveneens gebleken dat tijdensdeze aardbeving slechts de bovenste 5 tot 8 m van de grondla-gen in beweging was. Diepere grondlagen zijn relatief onge-stoord gebleven.Tabel 1 Frequentie van Nieuw-Zeelandse aardbevingen (1960?2014)magnitude jaarlijksgemiddeldeminimum maximum vuistregel4,0 ? 4,9 440 184 1343 1 per dag5,0 ? 5,9 50 19 127 4 per maand6,0 ? 6,9 2,6 0 9 2 per jaar7,0 ? 7,9 0,4 0 2 1 per 2,5 jaar8,0 of zwaarder 0 0 0 1 per eeuwthemaChristchurch vs. Groningen22015422 Vooroverhellend gebouw als gevolg vanverzakking van de funderingnen, veelal met kalkmortel voegen. Overheidsgebouwen enkerken uit die periode zijn vaak vervaardigd uit gemetseldenatuursteen blokken. Sinds de tweede helft van de vorige eeuwwordt de voorkeur gegeven aan beton of staal.Grondopbouw ChristchurchDe Canterbury Plains, het gebied rond en ten zuiden vanChristchurch, wordt gekenmerkt door een alluviale grondop-bouw. Een dergelijke opbouw wordt getypeerd door het lossemateriaal dat als sediment door een rivier is afgezet. Dezeopbouw is bij de Canterbury Plains ontstaan doordat diversegrote rivieren door de eeuwen heen materiaal uit de zuidelijke,Nieuw-Zeelandse Alpen hebben meegevoerd en in lagenhebben afgezet. Uit de recente geschiedenis zijn diverse perio-den bekend van grootschalige overstromingen in het gebied.In de bovenste 20 tot 30 m bestaan deze alluviale lagen vooraluit zandafzettingen van verschillende dichtheid en zandigekleilagen. De variatie zowel in horizontale als verticale zin isgroot. Diepere lagen, tot een diepte van circa 500 m of meer,bestaan overwegend uit een mengsel van zand en grind indiverse gradering en samenstelling. De grondwaterspiegel ligthoog, in de stad op circa 1,0-1,5 m beneden maaiveld.De gemengde en sterk vari?rende grondopbouw veroorzaaktgrote verschillen in sterkte en is op veel plaatsen gevoelig voorverweking (liquefaction). Zelfs in gebieden waar geen verwe-king optreedt, kan de ondergrond permanent vervormen. Meerflexibele gebouwen kunnen dergelijke vervormingen beteropnemen dan het stijve en veel brossere metselwerk. Een deelvan de schade aan gebouwen en infrastructuur kan dan ookworden toegeschreven aan vervormingen van de ondergrond.Door de grote variatie in de grondslag worden diverse soortenfunderingen toegepast. Daar waar draagkrachtige zand- ofgrindlagen relatief dicht aan de oppervlakte liggen, zijn ditfunderingen op staal. Bij dieper gelegen draagkrachtige lagenworden paalfunderingen met korte (ca. 5 m) of lange (ca. 10-15 m)palen toegepast. In verband met het kleine aantal verdiepingenen het feit dat de gebouwen doorgaans relatief oud zijn, zijnongewapende metselwerkgebouwen in Christchurch veelalgefundeerd op staal of korte palen.Schades aan ongewapende metselwerkgebouwenHonderden gebouwen zijn zwaar beschadigd of volledig inge-stort. In totaal 133 mensen vonden de dood toen twee relatiefmoderne, betonnen gebouwen volledig instortten. Hiervoorzijn aanwijsbare redenen, waaronder ontwerp- en bouwfouten,waar in dit artikel echter niet verder op zal worden ingegaan.Van de overige 52 dodelijke slachtoffers zijn 39 mensen omge-komen bij de gedeeltelijke instorting van ongewapende metsel-daarmee relatief goedkoop. Metselwerk komt om die reden in dewoonwijken rond Christchurch ? anders dan voor schouwen enschoorstenen ? weinig voor. Van oudsher worden voor commer-ci?le en overheidsgebouwen in stadscentra wel steenachtigematerialen gebruikt. Een significant aandeel van deze gebouwenin het centrum van Christchurch is opgetrokken uit ongewapendmetselwerk. Deze gebouwen stammen veelal uit de periode vancirca 1880-1935. In deze periode was nog weinig bekend overaardbevingen, wat tot gevolg heeft gehad dat deze gebouwen ookniet op aardbevingsbelastingen zijn ontworpen of gedetailleerd.Een typisch metselwerkgebouw uit deze periode heeft twee,maximaal drie lagen en is opgetrokken uit gebakken metselste-2Christchurch vs. Groningen 22015 433 Locatie van het epicentrum en PGA's van de aardbeving van 22 februari 2011bron: GNS Science report 2011/183, juli 2011seismische belasting, geldend voor nieuwbouw (% OSB).Hiermee wordt de ontwerpbelasting bedoeld waaraan ditbestaande element of gebouw zou moeten worden onderwor-pen in het geval van nieuwbouw. In Nieuw-Zeeland is dit eenaardbeving met een 10% kans van optreden gedurende eenreferentieperiode van vijftig jaar (dit is een aardbeving met enherhalingstijd van ongeveer 500 jaar).Een gebouw wordt in Nieuw-Zeeland als aardbevingsgevoeligbetiteld wanneer de sterkte kleiner is dan 33% OSB. Het kandoor de autoriteiten worden aangemerkt als gebouw dat moetworden versterkt. Analyse van het gedrag tijdens aardbevingenen de schades nadien, laten zien dat:- Om het gedrag meetbaar te verbeteren, dienen gebouwenminimaal te worden versterkt tot circa 33% OSB;- Versterkingen van gebouwen tot 67% OSB geven een signifi-cant betere bescherming van het gebouw, hoewel sommigegebouwen nog steeds te zwaar beschadigd raken om econo-misch te kunnen worden gerepareerd;- Versterkingen tot 100% OSB laten een significante verbete-ring over de gehele linie zien ten opzichte van niet-versterktongewapend metselwerk.Tevens is in het rapport onderzocht wat de effecten zijn vanverschillende soorten versterkingen op het optreden vanschade en de kans op dodelijke slachtoffers zowel binnen alsbuiten het gebouw. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussenversterkingen van type A en type B. Versterkingen van het type Aomvatten maatregelen die erop zijn gericht om de samenhangvan de gebouwdelen te verbeteren. Hierbij moet onder meerworden gedacht aan het aanbrengen of verbeteren van verbin-dingen tussen wanden en vloeren, het vastzetten van individu-ele onderdelen zoals schoorstenen, dakranden en luifels of hetverstijven van vloer- en dakschijven. De elementen zelf wordendaarbij niet versterkt.Onder type B worden maatregelen verstaan gericht op hetversterken van elementen of het toevoegen van constructie-delen die de stabiliserende functie van de metselwerkwandengeheel overnemen. Dit kan op vele manieren worden bewerk-stelligd, waaronder het toepassen van stalen of betonnenframes (intern of extern), het toevoegen van stabiliserendewanden of het versterken van het metselwerk met spuitbeton ofeen vezelversterkte polymeer. Onder type B worden ook stalenversterkingen verstaan die het metselwerk ondersteunen in hetafdragen van belastingen uit het vlak van het metselwerk.Ten aanzien van de ernst van de schade is gebleken dat alleeneen combinatie van A en B de kans significant kan verkleinenop volledig bezwijken van een metselwerkgebouw tijdens eenzware aardbeving. Het toepassen van alleen type A reduceertechter de ernst van de schade ook al aanzienlijk ten opzichtevan onbehandelde constructies. De kans op slachtoffers buitenwerkgebouwen. Opvallend is dat 70% van deze slachtoffers zijnomgekomen terwijl zij zich in de openbare ruimte en dusbuiten de gebouwen bevonden. Hoewel de PGA's tijdens dezebeving circa anderhalf tot tweemaal maal hoger lagen dan degeldende norm voor nieuwe gebouwen, zijn slechts weinigongewapende metselwerkgebouwen volledig ingestort. Debelangrijkste schades bestaan uit het omvallen van gevels enhet neerstorten van schoorstenen, borstweringen, dakrandenen luifels, die op straat of naastgelegen gebouwen neerkwamen.Dit verklaart het relatief grote aandeel slachtoffers dat in deopenbare ruimte is omgekomen.Belangrijk te vermelden is de grote schade aan uitwendigemetselwerkelementen die niet of slecht verbonden waren met deachterliggende vloer- of dakschijf. Tijdens een aardbeving gedra-gen deze elementen zich bijna als vrij uitkragende delen. Door deafwezigheid van wapening wordt de gehele momentcapaciteitgeleverd door drukspanningen als gevolg van het eigen gewicht.In vele gevallen is vastgesteld dat de ankers naar vloeren, indien?berhaupt aanwezig, te ver uit elkaar waren geplaatst om effectiefte zijn en simpelweg werden uitgetrokken tijdens de aardbeving.De sterke verticale versnellingen hebben de momentcapaciteitvan elementen zoals borstweringen sterk gereduceerd en hebbengeleid tot gedeeltelijk instorting.Effect versterking ongewapend metselwerkGedurende een aantal jaren voorafgaand aan de Canterbury aard-bevingen, zijn veel gebouwen van ongewapend metselwerkverstrekt. De mate waarin en de manier waarop verschilt vangebouw tot gebouw. Hierdoor was het mogelijk de effectiviteit vanverschillende versterkingsmaatregelen te meten. Op basis hiervanheeft de onderzoekscommissie een aantal conclusies getrokkenten aanzien van de mate waarin versterking is aangebracht.Deze mate wordt uitgedrukt in een percentage van de ontwerp-3themaChristchurch vs. Groningen22015444 Schade aan metselwerkgebouwen vlak na de beving van22 februari 2011; opvallend is de grote hoeveelheid materiaaldie in de openbare ruimte terecht is gekomen5 Voorbeeld van type B-versterkingen tegen belastingen uit het vlakhet gebouw wordt significant verkleind wanneer vallendmetselwerk wordt voorkomen. Om dit te bereiken, zijn zowelmaatregelen van type A als B noodzakelijk.Uit de analyse is daarnaast gebleken dat gebouwen die zijnversterkt met aandacht voor alle voor de sterkte relevanteaspecten ? dus zowel voor de primaire als de secundaireelementen ? de aardbeving het beste hebben doorstaan. Erva-ring leert dat zeker bij aardbevingen met geringe verplaatsingzoals in Groningen, een goede wand-vloerverbinding metkleine tussenafstanden erg effectief is.Aanbevelingen commissieDe aangestelde onderzoekscommissie heeft gerapporteerd ineen zeven delen tellend rapport met daarin opgenomen bijna200 aanbevelingen. Deze beslaan diverse aandachtsgebiedenvari?rend van juridische context en regelgeving tot technischeoplossingen. Niet alle aandachtsgebieden zijn relevant voorGroningen, bijvoorbeeld omdat de Nederlandse wet en regel-geving verschilt van de Nieuw-Zeelandse. De wel relevanteaanbevelingen zijn veelal technisch van aard. Het is echter nietmogelijk om in dit artikel alle relevante aanbevelingen op tenemen. De belangrijkste in relatie tot bestaande (metselwerk)bouw zijn:1.Wanden en gevels moeten voldoende worden versterkt, ookin gebieden met lage seismische activiteit.2.Gebouwonderdelen zoals schoorstenen, borstweringen enornamenten die gevaar opleveren wanneer deze zoudenvallen, moeten worden versterkt en goed bevestigd of geheelworden verwijderd.3.Versterkingen van ongewapende metselwerkgebouwenmoeten minimaal resulteren in een gebouw dat 33% OSB kanweerstaan.4.Versterkingen van schoorstenen, borstweringen, ornamentenen gevels tegen belastingen uit het vlak, moeten minimaalworden ontworpen op 50% OSB.5.Bij de beoordeling van ongewapende metselwerkgebouwenmoet altijd in ogenschouw worden genomen dat: het gebouwin het geval van een aardbeving moet kunnen functionerenals een samenhangende constructie, het vergroten van destijfheid in het vlak van de wanden en vloeren mogelijknoodzakelijk is en dat mogelijk ingrijpende maatregelennoodzakelijk zijn zoals versterkingen door het toevoegen vanstaal of beton.Bruikbaarheid voor GroningenIn veel opzichten lijkt de situatie in Christchurch op die inGroningen. Hoewel verschillend in detail, is bijvoorbeeld degrondopbouw in grote lijnen vergelijkbaar. Beide gebiedenhebben een grote gebouwenvoorraad met ongewapend metsel-4Christchurch vs. Groningen 22015 45stabiliteit van deze gebouwen veelal voortkomt uit de aanwe-zigheid van het verticale gewicht van het gebouw. Wanneerde verticale versnellingen groot zijn, kan de weerstand vanbijvoorbeeld wanden en borstweringen tegen belasting uit hetvlak significant afnemen.- Elementen als borstweringen, schoorstenen, dakranden enzware daken zijn de meest kritische elementen ten aanzienvan het voorkomen van slachtoffers als gevolg van vallendmetselwerk. Bij het versterken van metselwerkgebouwen inaardbevingsgebieden moet prioriteit worden gegeven aan hetvoldoende verankeren van deze elementen.Levens reddenHoewel sommige aanbevelingen en maatregelen die zijngenomen als gevolg van de bevingen in Christchurch niet een-op-een toepasbaar zijn in Groningen, kunnen wij veel leren vande ervaringen aldaar. Met name het besef dat veel slachtoffersvallen in de openbare ruimte als gevolg van vallend puin, leertons dat aan dit aspect voldoende aandacht moet wordengeschonken. Wanneer wij in staat zijn om de van nature bijconstructeurs aanwezige focus op de hoofddraagconstructie teverbreden, kunnen hiermee letterlijk levens worden gered. Literatuur1 Canterbury Earthquakes Royal Commission, Final report, Volumes 1 ? 7,juni 2012.3 info.geonet.org.nzwerk die in het algemeen gevoelig is voor aardbevingen. Hetgebruik verschilt; in Groningen betreft het veelal woningen, inChristchurch zijn het overwegend kleine winkels. Maar deopbouw en bouwwijze van deze gebouwen komen overeen. DePGA's die in Christchurch tijdens verschillende aardbevingenzijn gemeten, liggen in de range van een half tot tweemaal deontwerpwaarde van de gemiddelde PGA in Groningenconform de NPR 9998 (ca. 0,32g). Deze gelijkenissen geven aandat de ervaringen in Christchurch en de oplossingen die daarvoor specifieke problemen zijn gevonden, zeker van waardekunnen zijn voor de beoordeling en versterking van degebouwvoorraad in ongewapend metselwerk in Groningen.Een aantal van de belangrijkste lessen die kunnen wordengeleerd van Christchurch:- De impact van een relatief lichte maar oppervlakkige aardbe-ving kan zeer groot zijn en kan de lokale samenleving ernstigontwrichten. Los van het aantal doden, bedraagt de directeen indirecte schade van de Canterbury aardbevingen omgere-kend meer dan 20 miljard.- De naschok van 26 december 2010 lijkt qua potentie hetmeest op de Groningse situatie. Bij deze naschok is schadeontstaan aan vele metselwerkgebouwen. Veel van deze schadehad kunnen worden voorkomen door implementatie vanrelatief eenvoudige versterkingsmaatregelen.- Verticale versnellingen met vaak kleine betekenis voorgebouwen met een betonnen of stalen draagstructuur, zijnerg belangrijk voor metselwerkgebouwen. Dit omdat de5