Kennisplatform over betonconstructies

De breedplaatvloerenproblematiek uitgelicht

woe 20 mei 2020
artikel

De gedeeltelijke instorting van de parkeergarage van Airport Eindhoven op 27 mei 2017 heeft aan het licht gebracht dat breedplaatvloeren, zoals die de twee laatste decennia in sommige gevallen zijn toegepast, niet altijd voldoende sterk zijn. Het was de instorting die de aandacht heeft gevestigd op, wat inmiddels het 'kritische detail' is genoemd. Maar deze tekortkoming had evengoed op een andere manier aan het licht kunnen komen.

De breedplaatvloerenproblematiek houdt de gemoederen van velen bezig en heeft belangrijke consequenties voor diverse partijen. Mede naar aanleiding van berichten in de media hebben onderstaande personen gemeend er goed aan te doen om met dit artikel hun visie op de problematiek te geven. Het kan wellicht ook gebruikt worden om minder-ingewijden inzicht te geven in de achtergronden bij deze problematiek.

  • prof.dipl.ing. Jan Vambersky (Emeritus hoogleraar TU-Delft)
  • prof.dr.ir. Joost Walraven (Emeritus hoogleraar TU Delft)
  • prof.dr.ir. Theo Salet (TU Eindhoven)
  • prof.ir. Han Vrijling (Emeritus hoogleraar TU Delft)
  • dr.ir. Dick Hordijk (Adviesbureau Hageman en oud-hoogleraar TU Delft en TU Eindhoven)
  • prof.ir. Ton Vrouwenvelder (TNO en Emeritus hoogleraar TU Delft)

De breedplaatvloeren zijn meer dan 50 jaar geleden in de Nederlandse bouw geïntroduceerd en worden veelvuldig, en tot 27 mei 2017 zonder ogenschijnlijke problemen, toegepast. Zowel de breedplaatvloeren zelf als de toepassing ervan, hebben in de genoemde 50 jaar een grote evolutie ondergaan. De breedplaatvloeren werden oorspronkelijk voor in één richting - van balk naar balk of van wand naar wand - dragende vloeren ontwikkeld.

Vandaag de dag zijn de breedplaatvloeren ook als in twee richtingen dragende vloeren toegepast (figuur 1). Soms is dat in vloerconstructies waar géén balken of wanden aan te pas komen en de volledig vlakke vloeren rechtstreeks op de kolommen dragen. Ook worden de prefab-betoncomponenten van deze vloeren tegenwoordig met nieuwe materialen en technologieën vervaardigd en gecombineerd. Als voorbeelden kunnen worden genoemd de toepassing van zelfverdichtend en hogesterktebeton en het gebruik van gewichtsbesparende elementen in de vloer.

figuur 1 - Voorbeeld van een breedplaatvloer in een hoek van een gebouw waarbij de belasting in twee richtingen moet worden afgedragen

De oorspronkelijke detaillering van de constructies van deze vloeren werd echter aan de genoemde verregaande evolutie niet overal goed (volgens de regels der mechanica en betrouwbaarheidstheorie) aangepast.

Betonconstructies dienen op alle optredende inwendige momenten en krachten te worden ontworpen, gedetailleerd, gewapend en gecontroleerd. In figuur 2 geven de details A en C een voorbeeld van een adequate detaillering van de wapening (blauw) in een betonplaat of betonbalk voor dwarskracht en het detail B van een adequate detaillering van de wapening (blauw) voor een positief (buigend) moment. De wapening loopt dwars over de verwachte scheuren, verbindt de betondelen aan de weerszijden van de scheur en zorgt op deze wijze voor voldoende constructieve veiligheid.

figuur 2 - Correcte wapeningsdetaillering voor buiging (B) en dwarskracht (A en C) en schematisch, met alleen de wapening in en op de breedplaat getekend, het detail van de toegepaste detaillering voor buiging in een breedplaatvloer ter plaatse van een voeg (D)

Met detail D in figuur 2 is de - aan de evolutie niet goed aangepaste – detaillering voor een positief buigend moment weergegeven. De mogelijke scheur kan zich tussen de overlappende wapeningsstaven door ontwikkelen. Tussen deze staven bevindt zich namelijk een aansluitvlak met een mogelijk verminderde aanhechting (aansluiting tussen prefab breedplaat en ter plaatse gestorte druklaag). Maar bovenal is er bijna geen wapening (veelal alleen de diagonalen van een tralieligger) voorzien die verticaal door de scheur in het contactvlak loopt om het verder ontwikkelen en openen van de scheur, en het voortijdig bezwijken van deze vloerconstructie, te voorkomen. Het detail is door het vrijwel ontbreken van deze wapening weinig “robuust”, en daardoor ook te veel afhankelijk van de kwaliteit van de uitvoering. Resultaten van experimenteel onderzoek in binnen- en buitenland bevestigen het voorgaande [1-3]. Naar aanleiding van de bevindingen is een verkenning naar bestaande constructies uitgevoerd. Die wees uit dat deze detaillering voorkomt bij een aantal, in de laatste twee decennia gerealiseerde, gebouwen, waarin breedplaatvloeren met een krachtsafdracht in twee richtingen zijn toegepast. In dit artikel is de langsvoeg (tralieliggers evenwijdig aan de voeg) ter illustratie gebruikt. De problematiek speelt ook bij een positief buigend moment bij kopvoegen (tralieligger loodrecht op de voeg).

Gebrek

Zodra bekend is dat een bepaald type constructie mogelijk een “gebrek” vertoont, moet daar iets mee worden gedaan. Vergelijk het met terugroepacties bij auto’s of andere producten. Het is echter ook zo dat de vele duizenden vierkante meters van dergelijke vloeren tot nu toe geen zichtbare problemen hebben vertoond. En als zo’n vloer in de praktijk wordt belast, blijkt deze veelal de vereiste aan te houden belasting te kunnen weerstaan. Dat roept bij velen de vraag op waarom er dan toch zoveel moet gebeuren met breedplaatvloeren en waarom er gebouwen zijn gesloten.

Iedereen zal begrijpen dat constructies sterk genoeg moeten zijn. In dat verband wordt veelal gesproken over constructieve veiligheid en betrouwbaarheid. Om dit te bereiken moeten constructies aan bepaalde (wettelijk vastgelegde) eisen met betrekking tot de constructieve veiligheid voldoen. Nu is het zo dat velen denken dat, als een constructie niet aan die eisen voldoet, deze op instorten staat. Omgekeerd wordt vaak verondersteld dat als een constructie de belasting kan dragen, waar volgens de voorschriften vanuit moet worden gegaan voor het betreffende gebruik, deze aan alle eisen voldoet. In beide gevallen is dat niet juist. Om dat uit te leggen, is navolgend geschetst hoe er bij constructies voor wordt gezorgd dat die voldoende veilig zijn.

Constructieve veiligheid

Het is niet zo dat voor iedere afzonderlijke constructie precies bekend is hoe groot de maximale belasting is die gedurende de levensduur zal optreden. Ook is niet bekend wat exact het draagvermogen, c.q. de sterkte, van de constructie is. Voor beide (de belasting en de sterkte) geldt dat er sprake is van een zogenaamde kansverdeling met een gemiddelde en een standaardafwijking (figuur 3). Oftewel, voor een constructie geldt dat er een bepaalde kans is op een zekere optredende belasting en een bepaalde kans op een zekere sterkte. Het zal duidelijk zijn dat een constructiedeel bezwijkt als het effect (de optredende kracht en/of spanning) dat de belasting heeft op dat onderdeel (belastingseffect), groter is dan de sterkte van dat betreffende onderdeel. De kans op het optreden van een dergelijke situatie moet uiteraard zeer klein gehouden worden. Om dat te bereiken worden eerst voor zowel de belastingen als de sterkte de karakteristieke waarden vastgelegd met bepaalde kansen van over- (of onder)schrijding. Vervolgens worden de karakteristieke belastingen vermenigvuldigd met belastingsfactoren γF en op basis daarvan de rekenwaarden van de belastingeffecten bepaald; aan de sterktekant worden karakteristieke waarden voor de sterkte gedeeld door een materiaalfactor γM (figuur 3). Om te voldoen aan de eis met betrekking tot constructieve veiligheid moet de daaruit volgende rekenwaarde van het belastingseffect (Ed) kleiner zijn dan de zo bepaalde rekenwaarde van de sterkte (Rd). De partiele factoren zijn zodanig gekozen (gekalibreerd) [4] dat rekenkundig in grote lijnen aan de in NEN-EN-1990 [5] gestelde betrouwbaarheidseis wordt voldaan. In de praktijk ligt om een aantal redenen de feitelijke faalkans meestal lager (zie ook de paragraaf over additionele sterkte).

Uit bovenstaande volgt dat een constructie, die bijvoorbeeld “net niet” aan de eisen volgens de bouwvoorschriften voldoet, niet direct op instorten staat, maar alleen een iets grotere faalkans heeft dan toelaatbaar. Omgekeerd, als een constructie in staat blijkt de karakteristieke belasting te dragen, is er nog geen garantie op voldoende veiligheid. Men gaat dan voorbij aan de marges die voortvloeien uit de veiligheidsfactoren.

figuur 3 - Kansverdeling van belastingseffect en sterkte en eis m.b.t. constructieve veiligheid, Ed Rd

Gewenste marges

Met het voorgaande is het principe van het bereiken van voldoende veiligheid geschetst. Maar wat betekent dat in de praktijk? Hoe groot is de marge tussen bijvoorbeeld de karakteristieke waarde van het belastingseffect en de gemiddelde sterkte? Voor de bezweken doorsnede van de vloer van de parkeergarage van Eindhoven Airport was een karakteristieke waarde van het belastingseffect (Ek) van ca. 200 kNm/m berekend.

Met Ek = 200 kNm/m als startpunt en een voor de eenvoud even als gemiddelde aangehouden belastingsfactor, γF, van 1,3, is Ed gelijk aan 1,3×200 = 260 kNm/m. Rd moet dan minimaal gelijk zijn aan 260 kNm/m om te voldoen aan de eisen met betrekking tot constructieve veiligheid. Met een materiaalfactor, γM, van 1,15 en uitgaande van een verhouding Rm/Rk van 1,15 zou Rm dan minimaal gelijk moeten zijn aan 344 kNm/m.

De voorgaande berekening is slechts ter illustratie bedoeld. Wel kan nog worden vermeld dat in de experimenten, waarmee het betreffende kritische detail is onderzocht, gemiddeld een buigend moment van ca. 128 kNm/m kon worden overgebracht. Als de sterkte van het kritische detail in de vloer van de parkeergarage van Eindhoven Airport tweemaal zo groot was geweest, was het bezwijken op dat moment niet opgetreden maar had de constructie nog steeds niet voldaan aan de geldende constructieve eisen.

De eerste maatregelen

Uitgaande van de bevindingen bij de laboratoriumonderzoeken, en de rekenregels die op basis daarvan zijn opgesteld, zal in diverse breedplaatvloeren, waarbij belastingafdracht in twee richting moet optreden, door het toegepaste kritische detail sprake zijn van onvoldoende veiligheid. Er zijn echter, zoals al in de inleiding is vermeld, een groot aantal gebouwen aan te wijzen die in de praktijk zonder ogenschijnlijke problemen hebben gefunctioneerd. Aangenomen kan daarom worden dat de kans dat een vloer van dit type bezwijkt, kleiner is dan uit de proeven en rekenregels zou volgen. Kennelijk zijn de omstandigheden (randvoorwaarden) in de praktijk in algemene zin gunstiger dan in het rekenmodel is aangenomen. Zonder nader onderzoek is echter niet vast te stellen in welke mate. En de regelgeving verplicht uiteindelijk wel om de veiligheid in kwantitatieve termen uit te drukken en te vergelijken met de eis. Het gegeven dat veel constructies zonder problemen hebben gefunctioneerd is, als zodanig, geen bewijs van voldoende veiligheid voor alle constructies. Men kan er wel argumenten aan ontlenen met betrekking tot de urgentie en omvang van op korte en middellange termijn te nemen praktische maatregelen (ontruiming, wijze van gebruik, inspectie, ontwerpchecks, etc.). Dat is de achtergrond waartegen het in september 2017, in opdracht van het Ministerie BZK opgestelde stappenplan [6], moet worden gezien. Dat stappenplan is tot stand gekomen in samenspraak met een grote groep deskundigen 1. Lastig daarbij was het op dat moment maken van de afweging waar de grens tussen wel en geen maatregelen nemen, moet liggen. Het aantal constructies waar maatregelen getroffen zouden moeten worden, dient bij voorkeur, uit het oogpunt van maatschappelijke kosten, te worden beperkt, maar tegelijkertijd moeten natuurlijk ook onveilige situaties, die schade veroorzaken en potentieel mensenlevens kosten, worden vermeden. Met de op dat moment nog relatief beperkte kennis is die keuze gemaakt in de wetenschap dat als meer bekend is over het kritische detail, mogelijk bij meer onderdelen van breedplaatvloeren alsnog maatregelen nodig zouden kunnen zijn om het gewenste veiligheidsniveau te halen.

1 De werkzaamheden zijn uitgevoerd in opdracht van het Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties en begeleid door een klankbordgroep bestaande uit vertegenwoordigers van COBc, TU Delft, Betonhuis, Rijksvastgoedbedrijf, VNconstructeurs en Bouwend Nederland, Adviesbureau Hageman en TNO.

Sterk, maar niet sterk genoeg

Een mogelijkheid is om, naast het uitvoeren van een berekening, een proefbelasting uit te voeren om zo aan te tonen dat de breedplaatvloer voldoende veilig is. Deze mogelijkheid is in het stappenplan ook beschreven. Alvorens daar iets meer over te zeggen, is het goed om nog iets verder in te gaan op de wijze waarop de constructieve veiligheid van constructies via berekeningen wordt aangetoond. Een gebouw bijvoorbeeld, wordt in een berekening geschematiseerd, waarbij onder andere kolommen, balken en vloeren worden onderscheiden. Ieder onderdeel heeft zijn sterkte en stijfheid en in de berekening worden de onderdelen aan elkaar verbonden. Oftewel, de wijze waarop ze aan elkaar vastzitten, wordt ook in de berekening (via bijvoorbeeld een scharnier of een inklemming) geschematiseerd. Het is bekend dat het werkelijke gedrag daar enigszins van kan afwijken, maar dat leidt dan niet tot minder veiligheid. De rekenregels zijn namelijk in het algemeen aan de voorzichtige kant geformuleerd. In diverse gevallen zal om deze reden, vanwege de aanwezige additionele sterkte, de werkelijk aanwezige veiligheid hoger zijn dan de berekende veiligheid.

Additionele sterkte

Wat is additionele sterkte? Om duidelijk te maken wat daarmee wordt bedoeld, is navolgend een aantal voorbeelden gegeven.

  • Denk bijvoorbeeld aan de additionele sterkte ten gevolge van vereenvoudigingen in schema’s en afrondingen in de statische berekeningen. Dergelijke vereenvoudigingen en afrondingen worden vanzelfsprekend altijd naar de veilige kant toe gemaakt.
  • Denk ook aan een additionele sterkte waarmee we per definitie niet willen rekenen omdat dit een mogelijk (ongewenst) onveilig gedrag van de constructie inhoudt. Een voorbeeld hiervan is de treksterkte van beton bij op buiging belaste constructies, zoals balken en vloerplaten, in relatie tot scheurvorming en (brosse) breuk.  Bij dergelijke constructies zullen we - vanwege de gewenste veiligheid - altijd met een gescheurde doorsnede rekening houden. De treksterkte van beton wordt buiten beschouwing gelaten en de wapening wordt daarop gedimensioneerd. Maar bij diverse (delen van deze) constructies - zolang de scheurvorming niet optreedt - zal de betontreksterkte in een aantal opzichten wel haar bijdrage blijven leveren en zal de constructie bij proefbelasten een groter draagvermogen tonen dan uitgerekend.
  • Een andere reden dat de werkelijke sterkte onder een bepaalde belasting hoger kan zijn dan waar we mee rekenen, is het effect van een eventueel aanwezige “opsluiting”. Als een vloerveld aan de uiteinden wordt verhinderd horizontaal te verplaatsen, vindt er naast buiging ook “directe belastingafdracht” plaats (figuur 4a en 4b). Dat kan alleen als bij de uiteinden ook een horizontale steundruk wordt ontwikkeld. Het gevolg van dit mechanisme, dat wel drukmembraanwerking wordt genoemd [7], is dat de onderzijde van de middendoorsnede minder op trek wordt belast, de sterkte van de vloer hoger is en de doorbuiging van de vloer onder belasting minder is dan uit de berekeningen volgt (figuur 4c). 

Omdat de werking van een eventueel aanwezige additionele sterkte vooralsnog moeilijk te kwantificeren is en per constructie(onderdeel) verschillend kan zijn, kan daar tot op heden niet mee worden gerekend. In werkelijkheid zal deze extra reserve echter in meer of mindere mate wel aanwezig zijn en dat uit zich dan bij een proefbelasting, zoals navolgend wordt toegelicht.

figuur 4 - Drukmembraanwerking bij respectievelijk een inklemming (a) en een vrije oplegging (b) en het effect van drukmembraanwerking op het kracht-doorbuigingsverloop [7]

Proefbelasting

Met een proefbelasting op een vloerveld in de praktijk wordt voor dat vloerveld aangetoond dat deze de aangebrachte belasting kan dragen. Feit is dat dan de werkelijke constructie, en dus de werkelijke sterkte, wordt getoetst. Die sterkte is - zoals blijkt uit de geschetste kansverdeling en voorbeelden van de additionele sterktes – gemiddeld aanzienlijk hoger dan de aan te houden rekenwaarde van de sterkte. De vraag die dan nog wel overblijft, is hoeveel belasting er, kijkend naar het gebruik, aangebracht moet kunnen worden om voldoende veiligheid van dat vloerveld aan te tonen zonder daarmee al te veel schade te veroorzaken. Onder verwijzing naar de voorgaande paragraaf, zal het duidelijk zijn dat de daar genoemde effecten bijdragen aan de draagkracht van de vloer. Met die effecten kan ook worden verklaard dat de bij een proefbelasting gemeten doorbuigingen veelal geringer zijn dan de doorbuigingen die volgen uit de (vereenvoudigde) berekeningen, waar deze effecten niet in zitten. In dat verband is het goed om er ook nog eens op te wijzen dat sterkte en stijfheid niet direct aan elkaar zijn gekoppeld. Er mag bij vloeren in gebouwen niet met drukmembraanwerking worden gerekend omdat de mate van opsluiting moeilijk, of niet goed, is vast te stellen en afhankelijk van de omstandigheden per vloerveld, c.q. per constructie, zal verschillen. Een punt om nog te noemen, is dat de werking, zoals hiervoor beschreven is, minder aanwezig is als - zoals bij het ontwerp wordt geëist, maar bij een proefbelasting niet het geval is - meerdere vloervelden tegelijkertijd worden belast. Samengevat: er moet worden opgepast met het trekken van algemeen geldende conclusies voor breedplaatvloeren op basis van resultaten van individuele proefbelastingen zonder diepgaande analyse.

Bros gedrag "kritische detail"

Met betrekking tot het kritische detail is het goed om ook nog op een ander aspect van construeren in gewapend beton te wijzen. Bij gewapend beton is er wapeningsstaal nodig, omdat beton slecht trekspanningen kan opnemen en ongewapend beton bros breekt, zoals voorgaand is toegelicht. Als gewapend beton op buiging wordt belast, scheurt het beton onder trek en neemt de wapening de trekkracht over. Omdat het wapeningsstaal pas bezwijkt nadat het bij een gelijkblijvende hoge kracht eerst flink is uitgerekt, gedraagt de betonconstructie zich taai (ductiel). Ductiel gedrag maakt dat herverdeling van krachten kan optreden, veelal gepaard gaande met een toename van draagkracht, en dat de constructie minder gevoelig is voor invloeden van temperatuur, zetting en dergelijke. Daarnaast heeft het ductiel gedrag het voordeel dat de gewapend betonconstructie door het optreden van scheuren en een grote doorbuiging, waarschuwt alvorens te bezwijken.

Bij het kritische detail is er in iedere doorsnede (voldoende) horizontale onderwapening aanwezig om in het geval van bezwijken ter plaatse van een verticale buigscheur, ductiel gedrag te laten zien. Afhankelijk van de momentcapaciteit, welke wordt bepaald door de grootte van de doorsnede en de positie van de wapening, zal ofwel de doorsnede ter plaatse van de voeg (A) ofwel in de breedplaat (B) maatgevend zijn (figuur 5). Er is bij het kritische detail echter ook een bezwijkvorm mogelijk waarbij er bijna geen wapening het scheurvlak doorsnijdt (zie ook detail D in figuur 2). Dit is feitelijk het bezwijken van de overlappingslas van de koppelwapening met de wapening in de breedplaten. Het breukvlak (C) (figuur 5) loopt dan niet verticaal, maar via de voeg tussen de breedplaten, horizontaal langs het aansluitvlak tussen de breedplaat en de druklaag en vervolgens achter de koppelwapening omhoog. In dat geval is het alleen de tralieliggerwapening die op het net in de breedplaat staat, die het breukvlak doorsnijdt. Bezwijken treedt op door een combinatie van afpellen van de breedplaat, afschuiving in het aansluitvlak en uit de breedplaat trekken, of breken van de diagonalen van de tralieligger.

Diverse experimenten hebben laten zien dat in het geval van een breukvlak volgens C in figuur 5 bij goede aanhechteigenschappen van het aansluitvlak nog wel een relatief hoge sterkte kan worden bereikt, maar dat dan, anders dan bij bezwijken in doorsnede A of B, een zeer plotseling bezwijken optreedt (geen waarschuwing). Dat is onwenselijk en dient ook in veiligheidsbeschouwingen meegenomen te worden.

figuur 5 - Kracht-doorbuigingsrelaties (schematisch) voor het kritisch detail in het geval van bezwijken door vloeien van de koppelwapening (A) of de breedplaatwapening (B) en bezwijken langs het aansluitvlak met respectievelijk goede en slechte aanhechteigenschappen (C)

De vigerende normen

Als het kritische detail, waarbij eigenlijk sprake is van een overlapping van wapeningsstaven (overlappingslas), wordt afgezet tegen de vigerende norm, zijnde NEN-EN 1992-1-1 [8], dan blijkt dat het detail, zoals uitgevoerd, op een aantal punten niet aan die norm voldoet. In dat verband kan onder andere worden gewezen op het volgende:

  • Volgens artikel 8.7.2 behoren overlappingen van staven in het algemeen te verspringen (niet alle overlappingen in één doorsnede) en niet geplaatst te zijn in gebieden met hoge momenten. Indien de schikking van de staven voldoet aan een aantal eisen, mag het percentage overlappingen in één doorsnede wel 100% zijn, maar alleen als de staven zich in één en dezelfde laag bevinden. Bij het kritische detail is 100% van de overlappingen in één doorsnede aanwezig, terwijl de staven niet in één en dezelfde laag liggen.
  • In het aansluitvlak tussen de breedplaat en de druklaag moet een afschuifkracht worden overgebracht om het mogelijk te maken dat de trekkracht uit de breedplaatwapening wordt overgedragen aan de koppelwapening. Het aansluitvlak moet hiervoor voldoende sterk zijn en moet daarop worden getoetst. Dit kan worden gedaan met artikel 6.2.5 [8]. Gebleken is dat het detail in veel gevallen niet aan de in dit normartikel gestelde eisen voldoet.
  • In het overlappingsgebied moet voor het opnemen van trekkrachten loodrecht op de lengterichting van de staven dwarswapening aangebracht zijn volgens artikel 8.7.4 [8]. Bij staven met een kleine diameter (< 20 mm) mag worden aangenomen dat dwarswapening, die om andere redenen aanwezig is, al voldoende is.
    De trekkrachten loodrecht op de staven zijn een gevolg van het niet in één lijn liggen van de overlappende staven. De staven liggen excentrisch ten opzichte van elkaar. Bij het kritische detail is er excentriciteit aanwezig in zowel horizontale als verticale richting. In verticale richting is bij de overlappende staven in het kritische detail alleen een tralieligger aanwezig. Deze tralieligger omsluit niet de hoofdwapeningstaven in de prefab elementen, maar ligt er bovenop. De verankering (de inbedding) van de tralieligger in het prefab element is hierdoor gering. Hoeveel waarde van constructieve betekenis hieraan kan worden toegekend, is nog ongewis.

Het niet voldoen aan deze criteria wil op zich nog niet zeggen dat de constructie niet voldoet. De Nederlandse regelgeving laat altijd de mogelijkheid open langs andere weg aan te tonen dat voldoende veiligheid aanwezig is. Maar daarvan was in de onderhavige problematiek geen sprake.

Bestaande bouw

Dan is er nog, wat genoemd wordt, het aspect van bestaande bouw. De methode voor het bereiken van constructieve veiligheid, zoals voorgaand is geschetst, geldt voor nieuwbouw. Maar wat als een bestaande constructie beoordeeld moet worden? Gelden dan dezelfde eisen, of mag de marge tussen aangetoonde sterkte en het effect van de aan te houden belasting wat minder zijn? Daar waar er vroeger alleen normen waren voor nieuwbouw, zijn er nu ook normen voor bestaande bouw en daarbij is het inderdaad toegestaan om met een enigszins lagere veiligheidsmarge en eventueel, afhankelijk van het gebruik, een iets lagere belasting te rekenen. In het stappenplan van 2017 [6] is daar ook van uitgegaan. Datzelfde geldt voor de rekenregels voor de beoordeling van breedplaatvloeren in bestaande utiliteitsgebouwen [9], dat na uitvoerig onderzoek (literatuur, experimenteel en analytisch) in mei 2019 is uitgebracht (“Stappenplan 2019”).

Er is veel aan gedaan

Kijkend naar de wijze waarop met de breedplaatvloerenproblematiek in de afgelopen drie jaar is omgegaan, zijn de auteurs van dit artikel van mening dat:

  • in september 2017 terecht, naar aanleiding van de bevindingen opgedaan na de gedeeltelijke instorting van de parkeergarage van Eindhoven Airport en op basis van toen beschikbare kennis, door het ministerie van BZK via een breed gedragen stappenplan, eigenaren is geadviseerd hun constructies met breedplaatvloeren te (laten) beoordelen;
  • met het daarna uitgevoerde onderzoek, en rekening houdende met de wijze waarop met constructieve veiligheid van constructies wordt omgegaan, de rekenregels voor de beoordeling van bestaande utiliteitsgebouwen, zoals vastgelegd in het “Stappenplan 2019” [9], op dat moment (mei 2019) het meest haalbare was in het streven naar het zoveel mogelijk beperken van de economische schade met betrekking tot de reeds met breedplaatvloeren uitgevoerde gebouwen;
  • proefbelastingen, zoals beschreven in het stappenplan, geschikt zijn om voor afzonderlijke constructies voldoende constructieve veiligheid aan te tonen, maar dat het vooralsnog zonder verder onderzoek niet verantwoord is om per individuele constructie eventueel gevonden aanwezige extra (additionele) sterktes, algemeen in de beoordelingen van de veiligheid te kunnen honoreren;
  • op basis van het bovenstaande ten aanzien van de constructieve veiligheid en de benodigde, aantoonbaar aanwezige, marge tussen belasting en sterkte, het met de gangbare wijze van beoordelen van constructies, nodig zal zijn om maatregelen te treffen bij diverse breedplaatvloeren in bestaande betonconstructies.

Kort samengevat, kan worden gesteld dat de auteurs van mening zijn dat de tot op heden beschikbare kennis optimaal is gebruikt bij:

  • de beoordeling van breedplaatvloeren in bestaande utiliteitsgebouwen zoals in het Stappenplan 2019 [9] is beschreven en
  • in het zoeken naar wegen om de ontstane economische schade zoveel mogelijk en op een aanvaardbare wijze te beperken.

Is er meer mogelijk?

Hoewel er tot op heden, binnen de grenzen die gelden met betrekking tot constructieve veiligheid, alles aan is gedaan om de economische schade te beperken, blijft de vraag bestaan of er toch niet meer mogelijk is. Meer specifiek is de vraag of het feit dat de zeer vele toegepaste breedplaatvloeren met belastingafdracht in twee richtingen geen problemen hebben laten zien, toch niet op een of andere manier in de veiligheidsbeschouwingen kan worden gehonoreerd. Recentelijk heeft TNO voorgesteld om daar, vanuit de kennis van de probabilistiek, een onderzoek naar uit te voeren. De eerste ruwe verkenning door TNO is bemoedigend, maar laat nog geen direct bruikbare conclusie toe. Daarvoor is het ook noodzakelijk dat de leveranciers van de betreffende vloersystemen en ingenieursbureaus informatie over de breedplaatvloeren beschikbaar stellen en dat zoveel mogelijk gegevens van de uitgevoerde proefbelastingen ter beschikking komen. Het onderzoek zal de nodige tijd in beslag nemen en tot welke resultaten dit precies leidt, is nog onduidelijk. Niets doen zo lang de resultaten van dit onderzoek nog niet beschikbaar zijn, is niet verantwoord.

Nieuwbouw

Het bovenstaande betreft met name de bestaande gebouwen en richt zich voornamelijk op het “kritische detail” en de aspecten gerelateerd aan de (buigende) veldmomenten. Wij leren ervan, dat de evoluerende toepassingen van breedplaatvloeren niet voldoende snel zijn getoetst op de bestaande inzichten, eisen, normen en aanbevelingen. Hier is een inhaalslag nodig, die zich niet beperkt tot het “kritische detail”, maar waarbij ook wordt gekeken naar mogelijke andere effecten van de breedplaatevolutie, zoals:

  • de weerstand van de breedplaatvloeren bij het kritische detail tegen steunpuntsmomenten;
  • de dwarskrachtcapaciteit in het algemeen en bij kolomopleggingen in het bijzonder (pons);
  • de benodigde verankering van de tralieliggers;
  • en mogelijk nog andere aspecten.

Op dit moment wordt daar, voor zover bekend, door de normcommissie ‘Betonconstructies’ aan gewerkt.

In zijn algemeenheid geldt dat het de sterke voorkeur heeft om bij (breed)plaatvloeren doorgaande wapening toe te passen en het aantal verbindingen, c.q. overlappingslassen, zoveel mogelijk te beperken.  Indien verbindingen alsnog worden toegepast, dient de vereiste functionering ervan adequaat te worden aangetoond. De vigerende normen bieden hiertoe voldoende mogelijkheden en – indien gewenst – ook voldoende ruimte om hiervoor een experimenteel onderzoek aan te wenden daar waar opportuun. Bij het ontwerp en de uitvoering dient dan extra zorgvuldigheid in acht te worden genomen.

Ter afsluiting kan erop worden gewezen dat robuust ontwerpen (zij het niet altijd in kwantitatieve zin) ook een eis in de bouwvoorschriften is.

Tot besluit

De auteurs hebben de verschillende uitgangspunten in dit artikel ter verificatie voorgelegd aan prof. ir. Simon Wijte (Adviesbureau J.G. Hageman en TU Eindhoven) en ir. Gerrie Dieteren (TNO), gegeven de door hen in de afgelopen jaren uitgevoerde werkzaamheden op dit onderwerp. Prof.dr.ir. Raphaël Steenbergen (TNO en Universiteit Gent) is geraadpleegd betreffende het genoemde voorstel van TNO voor nader onderzoek. De auteurs bedanken deze heren voor hun bijdrage aan de beoogde zorgvuldigheid van dit artikel.

Literatuur

  1. Adviesbureau J.G. Hageman, "Onderzoek constructieve veiligheid breedplaatvloeren in bestaande utiliteitsgebouwen; Voorstellen voor en achtergronden bij rekenregels voor beoordeling van bestaande bouw". Rapport 9780-1-0, d.d. 20 mei 2019.
  2. Gudmand-Høyer, T., “Forsøh vedr. momentkapaciteten af en samling i BubbleDeck (vrij vertaald: Experimenten voor het bepalen van de momentcapaciteit van Bubbledeck platen) BYG·DTU SR-03-20,” Technische Universiteit van Denemarken, december 2003.
  3. Weglarzy, J.K., “Untersuchungen zum Tragstoß von nachträglich mit ortbeton ergänzten zweiachsig gespannten stahlbeton-fergiteilplatten”. Universiteit Siegen, 5 mei 2014.
  4. Vrouwenvelder A en A. Siemes, “Probabilistic Calibration Procedure for the Derivation of Partial Safety Factors for the Netherlands Building Codes”. Heron, Vol. 32 (1987) No. 4, Blz. 9-29.
  5. NEN-EN 1990-1-1, Eurocode 0: Grondslagen voor het constructief ontwerp. November 2019.
  6. Adviesbureau Hageman, “Onderzoek constructieve veiligheid breedplaatvloeren in bestaande bouwwerken opgeleverd na 1999”. Notitie 5-10-2017, 5 oktober 2017.
  7. Van der Veen, C., J. Gijsbers en A. de Boer, “Drukmembraanwerking; Effect van zijdelingse opsluiting van het dek bij omgekeerde T-liggers”. Cement 2012-4, blz. 68-74.
  8. NEN-EN 1992-1-1+C2, Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen. November 2011.
  9. Adviesbureau Hageman, “Stappenplan beoordeling bestaande gebouwen met breedplaatvloeren”. Notitie 20-5-2019. Mei 2019.

Reacties

Rob Plug - BubbleDeck International LWC. B.V. 08 juni 2020 16:29

De bijdragen van Ton Vrouwenvelder en Bob Gieskens vragen om een laatste reactie mijnerzijds. In genoemde bijlagen wordt namelijk geen recht gedaan aan de werkelijke oorzaak van de instorting in Eindhoven. Er wordt zelfs gesuggereerd dat Eindhoven niet de essentie is van de breedplaatdiscussie. Tot op heden is echter nog altijd de vraag of de voegconstructie heeft gefaald of dat de reeks gemaakte bouwfouten van BAM de oorzaak is geweest van de instorting. Helaas wijzen de feiten het laatste aan. Volgens het artikel was de vloer in Eindhoven op ca. 200 kNm/m berekend wat, volgens de deskundigen, 344 kNm/m had moeten zijn. De deskundigen vatten het samen: "Als de sterkte van het kritische detail in de vloer van de parkeergarage van Eindhoven Airport tweemaal zo groot was geweest, was het bezwijken op dat moment niet opgetreden, maar had de constructie nog steeds niet voldaan aan de geldende constructieve eisen." Ik kan aangeven dat de vloer in Eindhoven op 289 kNm/m is berekend i.p.v. de gestelde - door deskundigen geverifieerde - 200 kNm/m. Alhoewel mij is duidelijk gemaakt dat het artikel niet over bouwfouten in Eindhoven gaat, kan niet onvermeld blijven dat het vroegtijdig schrikken er voor heeft gezorgd dat er momenten in de vloer zijn opgetreden tot bijna de (eind)sterkte waar de vloer (na volledig uitharden!) op is berekend. Conform bijlage F van het OvV-rapport is de vloer van het (naastgelegen) restgebouw tot 337 kNm/m getest. Op dit getal is een correctie voor herverdeling toegepast. Het gecorrigeerd moment is 225 kNm/m, gelijk aan 0,94 keer het ontwerpmoment van vloer A en 1,25 keer het bezwijkmoment van vloer B. Omdat de kraan die voor deze test is gebruikt niet meer kracht kon uitoefenen, is onduidelijk hoeveel sterker de vloer in werkelijkheid was. Was de vloer proefbelast volgens de geldende regels dan was de uitkomst dat deze vloer prima was. Dit staat in contrast met het deel waar uitvoeringsproblemen hebben gespeeld. "Omdat de werking van een eventueel aanwezige additionele sterkte vooralsnog moeilijk te kwantificeren is en per constructie(onderdeel) verschillend kan zijn, kan daar tot op heden niet mee worden gerekend. In werkelijkheid zal deze extra reserve echter in meer of mindere mate wel aanwezig zijn en dat uit zich dan bij een proefbelasting ?" Wat we van proefbelasting hebben geleerd, is dat het rekenen volgens de gestelde uitgangspunten totaal niet overeenkomt met wat in de praktijk wordt gemeten. Dat is niet een klein beetje maar heel veel. Daar zit nu net het probleem. Dat moet je kunnen en willen verklaren. Het feit dat de deskundigen het 'kunnen en willen verklaren' niet als absoluut noodzakelijk zien, wringt. Dit betekent immers dat je als deskundige weet dat vloeren die in de praktijk worden getest allemaal prima zijn (zelfs heel goed), maar dat je die informatie eigenlijk niet van belang acht. Vloeren moeten aan de niet gevalideerde rekenkundige benadering voldoen. Wie wordt overtuigd om vooral geen proefbelasting uit te gaan voeren, betaalt voor kostbare versterkingsmaatregelen zonder ooit te weten of het wel nodig is. Ga in alle gevallen proefbelasten. De kans dat uw vloer niet goed uit de test komt, is nagenoeg nul. Een proefbelasting is bijzonder veilig uit te voeren. Met straks honderden proefbelastingen die allemaal 'het voldoen' aantonen, groeit wellicht het besef dat je theorie moet valideren.

Ton Vrouwenvelder - TNO 04 juni 2020 09:14

Naar aanleiding van de reactie van de heer Rob Plug willen de auteurs er voor de goede orde op wijzen dat het artikel ingaat op de vraag hoe om te gaan met het gegeven dat breedplaatvloeren niet altijd voldoen aan de basisregels van construeren in gewapend beton. De aanleiding van de nadere studies hieromtrent, te weten de gedeeltelijke instorting van de parkeergarage Eindhoven, is nadrukkelijk niet de essentie van het artikel. De omstandigheden die daarbij mogelijk gespeeld hebben, zijn om die reden in het artikel dan ook geen onderwerp van bespreking. Ton Vrouwenvelder (namens de auteurs van het artikel)

Bob Gieskens - VNconstructeurs 27 mei 2020 21:52

Goed dat in dit artikel duiding wordt gegeven van het technische probleem van de breedplaatvoeg, maar ook van de achtergelegen statistiek waarmee veiligheid van bestaande constructies wordt aangetoond. VNconstructeurs verwelkomt de bijdrage van deze gewaardeerde deskundigen; dit sluit uitstekend aan bij de oproep die onze voorzitter Paul RIjpstra kort geleden deed. Ik ga ervanuit dat het artikel voor opdrachtgevers, eigenaren, constructeurs bij kan dragen aan het begrip voor de achtergelegen redenen van de huidige onderzoeksplicht voor bepaalde typen gebouwen. Én voor de noodzaak om door nader onderzoek onzekerheden te verminderen, waardoor we hopelijk voor meer gebouwen het vereiste veiligheidsniveau kunnen vaststellen en gebouwen niet onnodig versterkt hoeven te worden (De leden van) VNconstructeurs zijn van harte bereid om met hun kennis en kunde vanuit projecten een bijdrage hieraan te leveren

Rob Plug - Bubbledeck International Light Weight Concepts 25 mei 2020 13:55

Aan ondergetekende wordt al drie jaar verweten dat aan zijn kritiek zijn belangen voor de levering van zijn BubbleDeck® vloeren ten grondslag ligt. Voor alle duidelijkheid wil ik aan een ieder meegeven dat een correcte waarheidsvinding de enige reden is geweest van mijn bemoeienis in deze inmiddels langdurige en kostbare kwestie. De vraag is echter of deze correcte waarheidsvinding ook het belang is van de onderzoekers tot dusverre en de betrokkenen bij het artikel in Cementonline? Niet alle feiten rond de constructie en de gemaakte bouwfouten worden belicht. Het lijkt op verdedigen van de alom verspreide conclusie dat de voeg de hoofdoorzaak is van de gedeeltelijke instorting van de parkeergarage in Eindhoven en dat de constructie niet zou hebben gewaarschuwd. Dit terwijl heel wel denkbaar is dat andere oorzaken, zoals bouwfouten (die bij betrokkenen ook bekend zijn, maar niet worden besproken of zonder motivering terzijde zijn geschoven), van grotere invloed zijn geweest. Bijna alles wijst erop dat deze conclusie vooraf, en wel direct na de instorting, unaniem tussen partijen is gedeeld met het buiten beschouwing laten van belangrijke feiten. Dat zie ik ook terug in het artikel in Cementonline. Deze conclusie stond notabene al in het rapport van BAM van 8 juni 2017 (amper 11 dagen na de instorting) en was naar mijn mening tevens het hoofddoel van het Hageman onderzoek, zoals is te lezen in het Hageman rapport 9663-1-0 punt 9.4, die deze conclusie bevestigd. Daar kan dus geen misverstand over bestaan. Een onderzoek dat BAM al ruim voor de instorting in gang had gezet, omdat het bouwwerk signalen van onvoldoende sterkte afgaf. Dat de ondertekenaars niet alle feiten in hun publicatie betrekken, is des te onbegrijpelijker gegeven hun staat van dienst, omdat zij allen waarschijnlijk wel op de hoogte zijn van wat er allemaal nog meer met dit deel van het bouwwerk aan de hand was. Simon Wijte, onderzoeker van Hageman in opdracht van de BAM, heeft immers al meerdere keren in woord en geschrift aangegeven dat door een grote uitvoeringsfout van BAM de garage al in februari 2017 had kunnen instorten, de vloer was toen al stuk. Dat 3 maanden later plotsklaps de oorzaak bij een zwakke voeg wordt gelegd, zonder enige vorm van onderzoek, is merkwaardig. Het gewraakte detail is talloze malen toegepast en heeft in de praktijk bij andere bouwwerken niet tot problemen geleid. Ook niet na proefbelasten volgens NEN 8700. Het lijkt er op dat de ondertekenaars van het Cementonline artikel het dossier niet kennen of onvoldoende hebben gelezen. Van wetenschappers van dit kaliber zou je, ook gegeven de (politieke) commotie en de impact van de onderzoeksplicht ten minste objectiviteit mogen verwachten. Dat houdt naar mijn mening in een beschouwing van alle bekende feiten. Dat er twijfel is over de theorie van Simon Wijte is duidelijk, alleen deze twijfel wordt, zo blijkt, niet onderschreven door de ondertekenaars en minister Ollongren. Dat Jacques Linssen het dossier niet kent, dat kan ik hem wel vergeven. Dat alle betrokkenen, constructeurs en toezichthouders, jarenlang in afwijking van de voorschriften hebben gewerkt, wordt niet besproken. Evenmin dat praktijkproeven laten zien dat het stappenplan van de minister ontzettend conservatief is en niet mag worden gebruikt om constructies af te keuren. Ook een pleidooi voor het door TNO uit te voeren onderzoek wordt node door mij gemist en evenzo de oproep aan alle gebouweigenaren om, desnoods vertrouwelijk, de rapporten van de proefbelastingen aan TNO ter beschikking te stellen. Ik sluit af met de stelling dat tussen de theorie van het stappenplan en de werkelijk in de praktijk aanwezige veiligheid naar mijn oordeel een groot gapend gat zit dat gedicht moet worden alvorens gebouweigenaren op te zadelen met enorme onderzoeks- en versterkingskosten en producenten van breedplaatvloeren daarvan de dupe laten zijn. Lees de toepasselijke quote van Charles Darwin 'Elke afwijking op een theorie, al is hij nog zo klein, moet serieus worden genomen' met andere woorden 'de praktijkervaring doet de theorie veranderen en niet andersom'. Zie in dit verband de onzekerheid van 3 jaren en de resultaten van alle gedane proefbelastingen. Rob Plug

xMet het invullen van dit formulier geef je Cement en relaties toestemming om je informatie toe te sturen over zijn producten, dienstverlening en gerelateerde zaken. Akkoord

Copyright 2020 Aeneas Media

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie AccepterenWeigeren