Extra wapening voorkomt schade bij aardbevingen

Constructie & uitvoering
Detaillering
Veel scholen in China onvoldoende robuust uitgevoerd
Extra wapening voorkomt
schade bij aardbevingen
Hoewel het voor buitenstaanders
praktisch niet mogelijk is om ter
plekke onderzoek te doen – het
gebied is door de overheid afgesloten en onderzoek naar de
technische achtergronden van de
instortingen wordt beschouwd
als politiek gevoelig – valt er op
basis van de vele foto’s die de
eerste weken gemaakt zijn, toch
wel wat te zeggen. Er is namelijk
een aantal factoren dat op die
foto’s opvallend vaak terugkomt.
1 | Een ingestorte school in
ir. S. Pasterkamp, TU Delft, fac. CiTG
Dujiangyan. Alleen de
stabiliteitskernen staan
nog overeind. Er is geen
druklaag en dus (bijna)
geen bovenwapening,
schijfwerking of samenhang
42 cement 2008
12_Aardbeving 42
Op 12 mei 2008 werd de Chinese provincie Sichuan getroffen door een
aardbeving met een kracht van 7,9 op de schaal van Richter. Volgens officiële cijfers vielen 87 000 doden en 374 000 gewonden. Daarnaast raakten
4,8 miljoen mensen dakloos. Wat opvalt, is het grote aantal scholen dat bij
de aardbeving is bezweken. De schattingen lopen uiteen doordat de
Chinese overheid op dit punt niet erg open is. Maar er zijn minstens 1000
scholen verwoest, waarbij een groot aantal schoolkinderen is omgekomen.
Is dit grote aantal verwoeste schoolgebouwen simpelweg het gevolg van
een te zware aardbeving, of is er meer aan de hand?
Het was zeker niet de eerste aarbeving in China. Van 1966 tot
1976 is het land getroffen door
maar liefst negen grote en vele
tientallen kleine aardbevingen.
Op 28 juli 1976 vond bij de stad
Tangshan in de provincie Hebei
een aardbeving plaats met een
kracht van 7,8 op de schaal van
Richter. Hierbij kwamen
250 000 mensen om en 90% van
alle gebouwen in de stad werd
vernietigd. Vooral na die verwoestende aardbeving hebben Chinese
ingenieurs de bouwkundige schade uitgebreid bestudeerd. Een
groot hotel in Tangshan, uitgevoerd in metselwerk, was blijven
staan. Dat hotel was gebouwd in
1975, vlak na een eerdere aardbeving in Haicheng met een kracht
van 7,2. De buitenmuren van de
hoogste, middelste vleugel van
dit hotel waren versterkt met
kolommen van gewapend beton.
Dit deel met zes verdiepingen
bleef – weliswaar zwaar beschadigd – staan, terwijl de zijvleugels
van vier en vijf verdiepingen zonder de betonkolommen volledig
zijn ingestort.
Metselwerk
Metselwerk is al duizenden jaren
een populair bouwmateriaal in
China. Tegenwoordig wordt nog
7
23-10-2008 14:57:19
Constructie & uitvoering
Detaillering
steeds 80% van de nieuwbouw uitgevoerd in metselwerk. De redenen voor die populariteit zijn de
ruime beschikbaarheid van de
grondstoffen, de lage kosten en de
eenvoudige verwerkbaarheid. De
aardbeving van 1976 heeft de Chinezen echter op een ruwe manier
alert gemaakt op de kwetsbaarheid
van metselwerk bij aardbevingen.
raamwerk op te sluiten, dat zich
hierbinnen drukdiagonalen in het
metselwerk kunnen ontwikkelen
en de afschuifsterkte wordt vergroot (fig. 2).
vingsgebied, en ook voor de
hoofdstad Chengdu worden versnellingen van meer dan 0,1 G
aangegeven.
Kanaalplaten
Regelgeving
Na de slechte ervaringen heeft
China bouwregelgeving ingevoerd
met betrekking tot aardbevingsbestendigheid van metselwerkgebouwen. In 1982 publiceerde het
Ministerie van Bouw de norm
JGJ13-82 ‘Asysmic Technical Specification for Multistory Masonry
Het is in principe mogelijk metselwerk veilig toe te passen in aardbevingsgebieden, maar het is dan wel
belangrijk dat het gebouw voldoenF
betonkolom
Sinds de introductie van de voorgespannen kanaalplaat in de jaren
‘70 heeft dit vloertype ook in China
een grote populariteit verworven.
De uitvoering van voorgespannen
kanaalplaten is zodanig dat slechts
een gering inklemmingsmoment
kan worden opgenomen. Dit is een
voortvloeisel uit het productieproces. Veelal wordt geen of slechts
een beperkte hoeveelheid bovenwapening ter plaatse van de oplegging toegepast. Zolang de ligger
een zodanige belasting krijgt dat
hij min of meer als een ligger op
twee steunpunten werkt, is dit
geen probleem.
2 | Drukdiagonalen binnen
de betonnen raamwerken
3 | Met gewapend beton
versterkt metselwerk
F
metselwerk
wapening
@ 500
m
m
2Ø6
00
metselwerk
10
wapening
300mm 300mm
balk
≥60mm
betonkolom
de constructieve samenhang heeft,
en bovendien voldoende incasseringsvermogen door plastische vervormingscapaciteit. Na 1976 zijn
veel bestaande Chinese overheidsgebouwen met metselwerk wanden versterkt met externe betonnen kolommen en ringbalken
(fig. 3). Het doel van de gewapend
betonnen trekbanden – want daar
komt het feitelijk op neer – is het
metselwerk zodanig binnen een
Buildings with RC Tie Columns’,
gevolgd door een verbeterde versie
JGJ13-94 in 1994. Ook een kaart
met te verwachten grondversnellingen is onderdeel van de bouwregelgeving. Volgens deze kaart
(de laatste versie dateert van 2001)
moet op 80% van het Chinese
grondgebied aardbevingsbelasting
worden meegenomen in het ontwerp. De provincie Sichuan is op
deze kaart een belangrijk aardbe-
De situatie wordt anders wanneer
een kanaalplaat deel gaat uitmaken van een portaal (fig. 4). Als
een stabiliteitswand van versterkt
metselwerk scheurt, behoudt hij
weliswaar nog een zekere sterkte,
maar de stijfheid gaat hard achteruit. De stabiliteitselementen van
het gebouw vervormen en leggen
daarmee ook een vervorming op
aan de aanpendelende gebouwdelen. Dit heeft tot gevolg dat de
inklemmingsmomenten in de
kanaalplaat veel groter worden
dan die waarop de platen ontworpen zijn. Hierdoor scheuren deze
platen. En aangezien er in een
kanaalplaat nauwelijks bovenwapening aanwezig is, loopt een
gapende scheur direct door tot op
de onderwapening. Hierdoor verliezen de dammetjes in de plaat
bij de oplegging hun dwarskrachtcapaciteit. De voorspanstrengen
van de onderwapening hebben
daar nog slechts een verankeringslengte ter grootte van de oplegbreedte, meestal zo’n 100 mm.
Daar moet dan ook nog eens een
wisselende druk-trekkracht doorheen. Het mag geen verbazing
wekken dat een kanaalplaatvloer
onder dergelijke omstandigheden
snel beneden ligt.
cement 2008
12_Aardbeving 43
7
43
23-10-2008 14:57:21
Constructie & uitvoering
Detaillering
4 | Momenten in een portaal
F
tijdens een aardbeving
F
inklemmingsmoment
in kanaalplaten
F
F
Oplossing
De betreffende Chinese scholen,
zo blijkt uit vele gepubliceerde
foto’s, zijn veelal uitgevoerd met
kanaalplaatvloeren zonder bijlegen bovenwapening. Een opleggingsdetail zonder deze wapening
is alleen geschikt voor gebouwen
in niet-aardbevingsgebieden, en
dan nog alleen voor woonhuizen
met lage vloerbelastingen tot
maximaal drie verdiepingen met
overspanningen van maximaal
6 m. Klaslokalen hebben bijna
altijd een grotere overspanning.
Het was met relatief simpele middelen mogelijk geweest om de
vloeren van de betreffende scholen veel robuuster uit te voeren.
Bovenwapening had kunnen worden aangebracht door middel van
een doorlopende gewapende druk-
laag. De hoeveelheid bovenwapening moet daarbij in de eerste
plaats zodanig zijn dat brosse buigbreuk voorkomen wordt. De wapeningshoeveelheid moet dus boven
het minimumwapeningspercentage liggen. Bovendien moet de
wapening zodanig zijn, qua hoeveelheid en uitvoering, dat de
scheurwijdte beperkt blijft. Door de
scheurwijdte te beperken blijft de
dwarskrachtcapaciteit in ieder
geval deels behouden door aggregate interlock. Op verhoging van
de dwarskrachtcapaciteit door de
voorspanning kan in deze situatie
niet meer worden gerekend, door
de herhaalde plastische vervorming
zal de voorspanning in deze zones
praktisch verdwenen zijn.
De onderwapening van de platen
had met koppelwapening doorlopend kunnen worden gemaakt.
5 | Een oplegging zoals veel
toegepast in Chinese
schoolgebouwen (boven)
Hierdoor wordt het probleem van
de korte verankeringslengte van
de voorspanstrengen bij de oplegging opgelost. Door boven- en
onderwapening over de oplegging
door te laten lopen, wordt bovendien voorkomen dat de platen van
hun oplegging (de wand) kunnen
glijden, wat vooral bij de dakverdieping zou kunnen gebeuren.
Het is jammer dat de Chinese overheid de situatie van de onveilige
scholen niet eerder heeft opgepakt.
Binnen het systeem circuleerden
wel rapporten over de slechte technische staat van de schoolgebouwen, maar daar is weinig mee gedaan. Gezien de actuele Chinese
normen kunnen we er in ieder geval vanuit gaan dat de benodigde
kennis wel degelijk aanwezig was.
Op 4 september vond een persconferentie plaats van een Chinees nationaal comité van specialisten, dat
de gevolgen van de aardbeving
moet evalueren. Op een vraag van
journalisten gaf de voorzitter, de geoloog Ma ZongJin, toe dat de slechte kwaliteit van de schoolgebouwen
een belangrijke oorzaak van de vele
instortingen was. Het ontbreken
van wapening was volgens hem inderdaad één van de hoofdoorzaken.
Het is te hopen dat de Chinese
overheid de regelgeving met betrekking tot constructieve samenhang
van kanaalplaatvloeren in aardbevingsgebieden verder zal aanscherpen, en in de toekomst beter toe zal
zien op het naleven van de bouwregelgeving. n
en de versterkte variant
Literatuur
(onder)
koppelwapening
evenwijdig aan oplegging
koppelwapening
evenwijdig aan oplegging
kanaalafdichting
44 cement 2008
12_Aardbeving 44
gewapende druklaag
koppelwapening in
opengehakte kanalen
1. Wei, Hu and Xu, Xiangdong,
‘Composite masonry buildings
in China’. Building Research
& Information, 25:1, p. 15-17,
1997
2. Cai Xianhui, Wu Ruifeng, ‘Studies of Masonry Structures and
Its Design Code in China’, The
Second International Science
Forum at Honjo Campus. Akita
Prefectural University, Recent
Advances in Architecture &
Building Technology, November 6-8, 2002, Honjo, Akita,
Japan, p. 55-60
7
23-10-2008 14:57:21