VERSTERKEN VAN BESTAANDE BETONCONSTRUCTIES MET HILTI'S OPLOSSINGSPAKKET

Deze potentiële besparingen zijn echter sterk afhankelijk van het vermogen van de constructeur om geschikte versterkingsoplossingen te selecteren en van het vermogen van de bouwsector om deze te leveren en te installeren om vastgestelde lokale en/of globale tekortkomingen aan te pakken. Hoewel de meeste versterkingsprojecten doorgaans meerdere oplossingen omvatten, vallen sommige af vanwege architectonische, operationele of geometrische beperkingen, een gebrek aan kennis op het gebied van ontwerp en/of uitvoering, of de onbeschikbaarheid van geschikte apparatuur, waardoor de lijst met mogelijke oplossingen kleiner wordt. Deze keuze wordt verder beïnvloed door de voor- en nadelen die met deze oplossingen gepaard gaan. Het zijn geen “wondermiddelen” die structurele tekortkomingen op miraculeuze wijze oplossen. Een extra complicerende factor is de mogelijkheid van een gebrekkige uitvoering van deze oplossingen, waardoor een bepaald deel van de constructie wordt versterkt terwijl een ander deel juist wordt verzwakt. Dit wordt geïllustreerd door de volgende twee voorbeelden, één op lokaal niveau en één op globaal niveau:

• Lokaal: het verdikken van de vloer met een opstortlaag van beton, maar zonder rekening te houden met de extra belastingen op de ondersteunende liggers.

• Globaal: een hoge concentratie van afschuifwanden aan één zijde van de constructie waardoor de belasting aan de andere zijde toeneemt en het tegenovergestelde effect wordt bereikt.

Figuur 1: Een voorbeeld van een betonopstortlaag of betonmantel bij kolommen

Versterking op “globaal” niveau omvat doorgaans het aanpakken van problemen die verband houden met de volledige constructie, zoals seismische belasting, brand, vermoeiing en windbelasting, door oplossingen toe te passen zoals:

• Afschuifwanden zoals weergegeven in Figuur 2,

• Stalen schoren,

• Micropalen,

• Basisisolatie,

• Energiedissipatie-/dempingssystemen.

Figuur 2: Voorbeeld van een afschuifwand tussen kolommen

Stel dat een gebouw dat voorheen als kantoor werd gebruikt door een verandering van eigenaar een commerciële functie krijgt. Door de hogere bezoekersaantallen neemt de belasting op bijvoorbeeld de vloer toe, die door alle constructieve onderdelen moet worden opgenomen – de vloeren, kolommen en funderingen. Na verificatie kan een constructeur vaststellen dat een vlakke vloer onvoldoende weerstand heeft tegen zowel buiging als ponsafschuiving, of in sommige gevallen alleen tegen ponsafschuiving. Zoals in de meeste ontwerpnormen, bijvoorbeeld paragraaf 6.4 van EN 1992-1-1:2004 [2], hangt de weerstand van een betonconstructie tegen ponsafschuiving af van de volgende vijf parameters:

• Betonsterkte,

• Effectieve hoogte tot de buigwapening vanaf de bovenkant van de drukzone,

• Afmeting van de ondersteuning en de controleomtrek,

• De hoeveelheid langswapening,

• De hoeveelheid ponsafschuifwapening.

Door een reeks potentieel beschikbare oplossingen op “lokaal” niveau toe te passen om één of meerdere van deze parameters te verbeteren, kan de weerstand tegen ponsafschuiving in verschillende mate worden verhoogd. Dit gaat echter gepaard met afwegingen op het gebied van ingrijpendheid, kosten, beschikbaarheid en andere factoren. Sommige aanpassingen zijn mogelijk zelfs niet haalbaar, zoals het verhogen van de betonsterkte van een bestaande ligger. Andere oplossingen, zoals het toevoegen van extra opleggingen door middel van aanvullende kolommen om de ponsafschuifbelasting te verlagen, vereisen een belastingsoverdracht naar de fundering. Daarom wordt het Hilti-assortiment aan oplossingen om parameters (1) tot en met (5) te verbeteren samengevat in Tabel 1:S

Table 1: Mogelijke oplossingen voor het versterken van beton met onvoldoende ponsafschuifcapaciteit.

Het direct vergroten van de hoeveelheid ponsafschuifwapening resulteert in een evenredige toename van de weerstand tegen ponsafschuiving, en de momenteel in de industrie beschikbare oplossingen zijn doorgaans minimaal invasief en verminderen de verstoring van andere constructieonderdelen. Het gebruik van alle andere oplossingen leidt doorgaans tot een minder dan evenredige toename van de weerstand tegen ponsafschuiving, met uitzondering van betonopstortlagen, die gepaard gaan met hun eigen afwegingen.

In de afgelopen jaren heeft de ontwikkeling en voldoende volwassenheid van technologie voor achteraf aangebrachte verankeringen geleid tot toepassingen die verder gaan dan staal-op-betonbevestigingen en beton-op-betonverbindingen. Een toepassing binnen versterking is een betonopstortlaag, waarbij zowel verlijmde als mechanische bevestigingen dienen om het grensvlak tussen het bestaande en nieuwe beton te versterken.

Een andere toepassing van het verlijmde ankersysteem binnen versterking is een recent ontwikkelde Hilti-versterkingsoplossing, “HIT-Punching Shear”, die de weerstand tegen ponsafschuifbelasting van gewapende betonconstructies rechtstreeks vergroot, zoals weergegeven in Figuur 3, vergelijkbaar met ingestorte beugels.

Figuur 3: Hilti HIT-RE 500 V4, HAS(-U)-staven en vulset gebruikt als achteraf aangebrachte ponsafschuifwapening.

Deze oplossing wordt op vergelijkbare wijze geïnstalleerd als een verlijmd anker: dat wil zeggen door te boren tot een vaste verankeringsdiepte loodrecht op het betonoppervlak, het boorgruis grondig uit de boorgaten te verwijderen, vervolgens de mortel te injecteren en daarna de staven aan te brengen. Zodra de mortel is uitgehard, kunnen de moeren worden aangedraaid tot een maximaal opgegeven aanhaalmoment.

Opmerking: Tenzij dit expliciet in het ontwerp is meegenomen, moet het doorboren en doorsnijden van de buigwapening waar mogelijk worden vermeden om verdere verzwakking van de constructie te voorkomen. Als dit niet kan worden vermeden, bijvoorbeeld om boren in dicht gewapende zones mogelijk te maken, zijn aanvullende maatregelen vereist, met de uitdrukkelijke goedkeuring van de verantwoordelijke constructeur, om het verlies aan buigwapening te compenseren.

De nieuwe Hilti "HIT-Punching Shear" versterkingsoplossing bestaat uit de volgende componenten:

De oplossing combineert de HIT-RE 500 V4 injectiemortel met Hilti HAS-serie draadstangen in de maten M12, M16, M20 en M24, elk verkrijgbaar in koolstofstaal en roestvast staal voor gebruik binnenshuis of buitenshuis. De stalen componenten worden aangevuld met de Hilti Filling Set, die bestaat uit een afdichtingsring en bolvormige ring, een moer en een optionele borgmoer, eveneens verkrijgbaar in zowel koolstofstaal als roestvast staal voor elke stangdiameter.

De veelzijdigheid van dit systeem omvat de volgende parameters:

• Vloerdikte tussen 200-1100 mm, met een minimale effectieve hoogte van 160 mm.

• Installatie vanaf de boven- of onderzijde van de vloer, met gedefinieerde lengteranges voor de staven afhankelijk van de vloerdikte en staafdiameter.

• Betonsterkte tussen C20/25 en C50/60.

• Droog of met water verzadigd beton, en in met water gevulde boorgaten.

• Maximale korte- en langetermijntemperaturen van respectievelijk +40°C en +24°C.

• Constructieonderdelen onderworpen aan statische en quasi-statische belasting.

Hilti's cloudgebaseerde ontwerpsoftware PROFIS Engineering bevat een nieuwe, speciaal ontwikkelde module voor het beoordelen en versterken van betonconstructies met onvoldoende ponsafschuifcapaciteit. Deze module ondersteunt constructeurs bij het evalueren van de weerstand van bestaande constructieonderdelen en het versterken ervan, wat resulteert in een veiliger en efficiënter ontwerpproces. De nieuwe PROFIS Engineering Punching Shear Strengthening-module maakt het mogelijk:

• Selectie tussen rechthoekige en ronde kolommen, wanduiteinden en wandhoeken op vloeren en definitie van hun materiaaleigenschappen en geometrie.

• Verificatie van de weerstand van het bestaande beton volgens EN 1992-1-1:2004.

• Versterking volgens aBG Z.15-5.387 [5] in combinatie met DIN EN 1992-1-1/NA:2013, met keuze uit vier wapeningsdiameters in koolstofstaal of roestvast staal en vrije invoer van de h.o.h.-afstanden en randafstanden.

• Vrije handmatige invoer van de radiale afstanden en het aantal versterkingselementen in elke omtrek.

• Genereren van een uitgebreid ontwerprapport met alle verificaties, wapeningsdetails en installatie-instructies.