CVW Presentatie Aardbevingen v6v_07jul16

Aardbevingen Groningen
Achtergrond en aanpak Inspectie & Engineering
Joep Tünnissen – Hoofdconstructeur Bouwtechniek/Teamleider kennisontwikkeling, CVW Appingedam
1
Agenda
Schadebeeld Groningen
Tektonische versus geïnduceerde aardbevingen
Betrokken partijen
Normen en richtlijnen
Verschillende berekeningsmethodes
Engineering volgens het Expert Systeem
Versterkingsmaatregelen
Meerjarenplan (MJP) NCG
2
Aardbevingen : Schadebeeld Groningen
Schadebeeld:
Scheurvorming in en verplaatsing
uit het vlak van metselwerk
Zettingen in fundatie
3
Tektonische versus geïnduceerde aardbevingen [1]
Tektonische aardbevingen als gevolg van:
abrupte grondbewegingen veroorzaakt door het
verschuiven van grondlagen/-platen langs een
breukrand.
Geïnduceerde aardbevingen als gevolg van:
gaswinning waarbij gashoudende grondlagen worden
samengedrukt en bovenliggende lagen plotseling
verplaatsen langs breukranden.
4
Tektonische versus geïnduceerde aardbevingen [2]
Geïnduceerde aardbevingen:
Tektonische aardbevingen:
Hypocentrum op grote diepte :
> 10 km
Hypocentrum nabij oppervlak
: 2-4 km
Relatief lang tijdsduur
: 30-60 sec
Relatief korte tijdsduur
: 2-5 sec
Frequentie bandbreedte
: 1-2 Hz
Frequentie bandbreedte
: 2-10 Hz
Maximale magnitude
: ML;max + 9.5
Maximale magnitude (onbekend)
gemeten: 3.6 / verwacht: 5.0 (NPR)
Piek grondversnelling (PGA)
Wel bekend fenomeen
: < 0.5g
Piek grondversnelling (PGA)
: < 0.4g
Nieuw en redelijk onbekend fenomeen
5
Tektonische versus geïnduceerde aardbevingen [3]
PGA = 0.09g
PGA = 0.36g
ML = 5 @ 3 km
ML = 5 @ 10 km
6
Geïnduceerde aardbevingen in Groningen [2]
Contourplot met PGA niveaus
gemiddelde schuifgolfsnelheid vs30 ►
7
Betrokken partijen
Bewoners/eigenaren
NAM
: Nederlandse Aardolie Maatschappij (contracthouder, opdrachtgever CVW)
CVW
: Centrum Veilig Wonen (uitvoerende partij)
(motto: veilig, duurzaam en comfortabel)
NCG
: Nationaal Coördinator Groningen (regievoerder)
Rijksoverheid belast met de supervisie, prioritering en planning
(inspectie & engineering) van alle werkzaamheden binnen de 12 getroffen gemeentes
Woningbouwcorporaties : Wierden & Borgen, Marenland, Acantus ea.
Kenniscentra
: TNO, TU Delft & TU Eindhoven, Deltares, KNMI, EUCentre Pavia ea.
Engineering bureaus : ARUP, Arcadis, ABT Wassenaar, BAM, RHDHV, Zonneveld ea.
Aannemers
: (G7) BAM, Ballast Nedam, Van Wijnen, Kooi, Friso, Geveke, Rottinghuis
8
Normen en richtlijnen aardbevingsbelastingen
NEN-EN-1998 (EC8): Ontwerp en berekening van aardbevingsbestendige constructies - Deel 1:
Algemene regels, seismische belastingen en regels voor gebouwen
NPR 9998:
Beoordeling van de constructieve veiligheid van een gebouw bij nieuwbouw,
verbouw en afkeuren – Grondslagen voor aardbevingsbelastingen:
geïnduceerde aardbevingen
- groene versie : februari 2015
- witte versie : december 2015
- paarse versie : november 2016 (?)
NPR 9998 opgesteld vanwege:
• gebrek aan ervaring met geïnduceerde aardbevingen;
• Nederlandse bouwwijze met redelijk slanke spouwmuren van m.w.;
• de aanwezigheid van ‘zachte’ grondlagen (klei, zand, veen);
• individueel risico (IR) = 10-5 maatgevend voor Near Collapse (NC)
NC: constructie zwaar beschadigd, geen gevaar voor instorting.
9
Impact NPR-versies en Response Spectra
ongeveer 4-5 [s]
10
1. Zijdelingse belastingmethode (Lateral force method)
3. Niet-lineaire push-over-berekening (Non-linear push-over analysis [NLPO])
3.
- voor eenvoudige tot zeer complexe, (on-)regelmatige constructies, (niet-)elastische materiaaleigenschappen
- meer geavanceerde rekenprogrammatuur, snelle doorlooptijd, seismische/dynamische kennis benodigd
- geavanceerde optie (CVW benadering bij woningen):
- Versnelde rekenmethodiek (b.v. TreMuri) ijken met NLTH-rekenmethodieken (LS Dyna & DIANA)
4. Niet-lineaire tijdsdomeinberekening (Non-linear time history analysis [NLTH])
- voor eenvoudige tot zeer complexe, (on-)regelmatige constructies, (niet-)elastische materiaaleigenschappen
- meest geavanceerde rekenprogrammatuur, lange doorlooptijd, veel seismische/dynamische kennis benodigd
- FE-software: LS Dyna
(explicit solver)
Arup
DIANA
(implicit solver)
Arcadis, RHDHV, ABT Wassenaar, BAM (BORG) etc
ABAQUS
(explicit solver)
Zonneveld Ingenieurs
Validatie van grond- en materiaal-(metselwerk)model door Deltaris/TNO/EUCentre Pavia
geschikt voor CC2/3) gebouwen
- voor eenvoudige tot meer complexe, (on-)regelmatige constructies, elastische materiaaleigenschappen
- eenvoudige rekenprogrammatuur, snelle doorlooptijd, enige seismische/dynamische kennis benodigd
- geavanceerde optie (VIIA benadering bij CC2/3 gebouwen):
- MRS-berekening in de tijdsdomein met 3D-model en locatie-specifieke SRS (Site Response Spectrum)
- IJken en verfijnen met NLTH-rekenmethodieken (DIANA)
geschikt voor (CC1b) woningen
2. Spectrale modale responsberekening (Modal response spectrum analysis [MRS])
complexiteit, doorlooptijd, seismische kennis
- voor eenvoudige en regelmatige constructies, elastische materiaaleigenschappen
- eenvoudige rekenprogrammatuur, snelle doorlooptijd, weinig seismische kennis benodigd
Mate van conservatisme in resultaten/versterkingsmaatregelen
4 Berekeningsmethodes (NPR & Seismische codes alg.)
11
Engineering – Expert System Tool
Ontwikkeld door ARUP in opdracht van NAM
Uitgangspunten:
Prioritering op basis van risico en kwetsbaarheid (van rijtjeswoningen naar vrijstaande woningen)
Totaaloplossing, gebruikmakend van de meest geavanceerde rekenmethodieken [NLTH]
Complexe berekeningen uitgevoerd door experts, engineering proces gevalideerd door specialisten:
► zoals beschreven in NPR 9998 (wit, bijlage F) de meest effectieve, realistische benadering
Standaardisatie van bouwkundige versterkingen per woningtype:
► kosteneffectief en versneld engineeringsproces
► vereenvoudiging van het selectieproces van bouwkundige versterkingsmaatregelen
Mogelijkheid om bouwmethodieken t.a.v. versterken en verduurzamen te combineren
12
Engineering – Expert System Tool - Ontwikkeling
Vullen van het Expert System Tool en Handboek
Selectie van (sub-)types die een weergave
zijn van de Groningse woningvoorraad
(ongeveer 200)
Bepaal de bestaande capaciteit
op basis van materiaalgegevens
en bouwtypes volgens NPR
Ontwikkel en categoriseer
versterkingsmaatregelen
inclusief intrinsieke capaciteit
Bepalen locatie-specifieke
gebouweigenschappen:
Procesafronding:
Gebouw
Database
Expert system tool
Retrofit handboek/catalogus
Semi-detached
Terraced Houses
0,45 - 0,40
0,40 - 0,35
0,35 - 0,30
0,30 - 0,25
0,25 - 0,20
0,20 - 0,15
0,15 - 0,10
PGA
Houses
Detached Houses
HOUSE
TYPOLOGIES
TYPE A
TYPE B
TYPE C
TYPE D
TYPE E
TYPE F
etc.
No SU
REMARKS
No Costs
0,45 - 0,40
SU
SU Package 1
Package
SU Package 2
Package
0,40 - 0,35
1A
SU
Verzamel informatie van:
- tekeningen
- EVS inspecties
- vergelijkbare bouwtypes
- locatie (PGA, bodemprofiel)
0,35 - 0,30
SU Package 3
0,30 - 0,25
SU
Package
1D
SU
Package
2B
2C
2D
SU
SU
Package
Package
SU Package 5
Package
4A
SU
SU Package 6
1C
SU
SU
SU
0,15 - 0,10
SU
Package
Package
SU
SU Package 4
0,20 - 0,15
1B
SU
2A
3A
0,25 - 0,20
SU
Package
Package
Package
3B
SU
Package
4B
SU
Package
Package
3C
SU
Package
4C
SU
Package
Package
3D
SU
Package
SU
5B
5C
5D
SU
SU
SU
SU
6A
Package
6B
Package
6C
SU
SU
Package 3E
SU
Package 4E
4D
Package
5A
Package
SU
Package 1E
Package 2E
Package
6D
SU
Package
1F
SU
SU
Package 6E
SU
2F
2etc
SU
SU
Package
Package
3F
3etc
SU
Package
SU
Low Costs
1etc
Package
4F
SU
Package 5E
SU
Package
Package
SU
Package
Low-medium
Costs
Medium Costs
Medium - High
Costs
4etc
SU
High
Package
Package
Costs/Possible
5F
5etc
demolishing
SU
SU
High
Package
Package
Costs/Possible
6F
6etc
demolishing
BUILDING
CAPACITY
Exposure, Risk & Hazard database (NAM)
Gebouwen database (NAM/ARUP)
Geotechnische database (Deltares)
Validatie-inspectie:
- Controleer of het specifieke
woning/gebouw overeenkomt
met reeds geanalyseerd(e) bouwtype(s).
Uitvoeringsfase, incl.:
- akkoord verklaring bewoners/eigenaren
- vergunningen
- detail ontwerp versterkingsmaatregelen
(daar waar nodig)
Verdere externe data sets uit/van:
crowdsourcing, street view & radar,
luchtfoto’s
13
Engineering – Expert System Tool – voorbeeld type KJ52
Bezwijkmechanismen bij maximale PGA:
Bezwijken van metselwerk op zolderniveau
(schoorstenen en kopgevels)
FE model ▲
bodemprofiel ►
Wand-vloerverbindingen (op zoldervloerniveau)
Uit het vlak bezwijken van metselwerk (penanten)
14
Engineering – Expert System Tool – voorbeeld type KJ52
masonry crack width [m]
Principe details:
displacement [m]
(met dank aan ARUP)
15
NAM Pilots – voorbeeld woonhuis
16
NAM Pilots – voorbeeld woonhuis
17
NAM Pilots – voorbeeld woonhuis
18
NAM Pilots – voorbeeld woonhuis
19