Beton- und Stahlbetonbau 6/12 by Ernst & Sohn

107. Jahrgang Juni 2012 ISSN 0005-9900 A 1740

Beton- und Stahlbetonbau

- Rechenverfahren für UHPC-Stützen unter Brand - Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken - Zweiaxialer Split-Hopkinson-Bar - Ökobeton für nachhaltige Bauwerke - Großmarkthalle Frankfurt a. M. - Projekt Wien Hauptbahnhof

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Inhalt

Die denkmalgeschützte Großmarkthalle in Frankfurt am Main stellte zum Zeitpunkt der Fertigstellung im Jahre 1928 den weltweit größten, stützenfrei überspannten Hallenbau aus Eisenbeton dar. Das Titelbild zeigt das charakteristische Tonnengewölbe der Halle, das aus 15 nur wenige Zentimeter dicken Tonnenschalen besteht. Der kühne Entwurf wurde durch das Zeiss-Dywidag Konstruktionsprinzip in Kombination mit dem Spritzbetonverfahren realisierbar. Die Großmarkthalle wird in den Neubau für die Europäische Zentralbank (EZB) integriert und infolgedessen instand gesetzt. Im Beitrag auf den Seiten 414–420 wird über die historische Konstruktion, das Spritzbetonverfahren und die derzeitige Instandsetzung der Tonnenschalen berichtet.

Beton- und Stahlbetonbau 6

107. Jahrgang Juni 2012, Heft 6 ISSN 0005-9900 (print) ISSN 1437-1006 (online) Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG www.ernst-und-sohn.de

Editorial 371

Lars Meyer Was macht eigentlich die PRB konkret? Fachthemen

372

Sven Huismann, Manfred Korzen und Andreas Rogge Entwicklung und Validierung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung

379

Hamid Sadegh-Azar, Hans-Georg Hartmann und Pierre Wörndle Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken

394

Anja Hummeltenberg und Manfred Curbach Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

401

Tilo Proske, Stefan Hainer, Mathias Jakob, Harald Garrecht und Carl-Alexander Graubner Stahlbetonbauteile aus klima- und ressourcenschonendem Ökobeton Technische Innovation zur Realisierung nachhaltiger Betonbauwerke Berichte

414

Christoph Hankers, Heinz-Günter Schmidt und Dirk Matzdorff Die Großmarkthalle Frankfurt a. M. Historische Konstruktion und Instandsetzung der Tonnenschalen

421

Judith Engel Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof Rubriken

peer reviewed journal: Beton- und Stahlbetonbau ist ab dem Jahrgang 2007 beim Web of Knowledge (ISI) von Thomson Reuters akkreditiert. Impact-Faktor 2010: 0,265

Aus Wiley InterScience wird Wiley OnlineLibrary

429 440

aktuelles (s. a. S. 378) Veranstaltungskalender Stellenmarkt Produkte und Objekte

A4 A6 A16 A22 A36

Produkte und Objekte Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz Sichtbeton Aktuell Anbieterverzeichnis

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für das Beton- und Stahlbetonbau OnlineAbonnement Bautechnik 81 (2004), Heft 1

Produkte & Objekte Abdichtungstechnik

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„Ich bin glücklich mit meiner Software“ Schier unglaublich fand es Hubert Heinrich, als ihn der Chef eines Münchener Ingenieurbüros mit den Worten begrüßte: „Ich bin glücklich mit OfficeWare Easy“. Zufriedene Kunden, das ist er ja gewohnt, aber glückliche? Wegen einer ProjektManagement-Software? Der Sachverhalt war schnell geklärt. Es ging in einem Streitfall um viel Geld. Dank OfficeWare Easy konnte das Ingenieurbüro den Sachverhalt vor Gericht glaubhaft belegen und hat damit den Prozess gewonnen. Gewonnen deshalb, weil die gesamte Projektdokumentation lückenlos und ohne Mehraufwand nebenbei und automatisch erfolgt ist und somit alle Daten auf Knopfdruck parat waren.

Dokumentation ohne Mehraufwand

Das ist das Besondere an OfficeWare Easy: während der ganz normalen Projektarbeit entsteht die Dokumentation, und zwar ohne dass die Mitarbeiter einen Mehraufwand haben. Diese Tat-

sache traut sich Hubert Heinrich, der Vertriebsleiter der Office Ware GmbH, im Grunde gar nicht zu veröffentlichen: „Wer glaubt denn schon, dass dies weniger Arbeit bedeutet?“ Hubert Heinrich erzählt weiter: „Als nächstes war dann der Kunde baff, als ich ihm die neue OfficeWare Easy-Version zeigte. Er konnte gar nicht glauben, was in der Software alles automatisiert ist. Aber vor allem ist alles sehr praxisgerecht, eben genau so wie ein modernes Ingenieurbüro heutzutage arbeiten muss.“

E-Mail ist nicht E-Mail

Es ist nur so, dass sich OfficeWare Easy gar nicht so einfach beschreiben lässt. Es gibt jede Menge Softwaresysteme, die mit den gleichen oder ähnlichen Begriffen aufwarten. Ein einfaches Beispiel ist das Thema „E-Mail“. E-Mail ist E-Mail – wo soll da ein Unterschied sein? Den Unterschied bemerkt man aber dann, wenn z. B. eingehende E-Mails automatisch dem Projekt zugeordnet werden, oder wenn angehängte Pläne automatisch in die Planversand- bzw. Planeingangsliste eingetragen werden, oder wenn zu einem Plan oder beliebigen Dokument per Klick alle zugehörigen E-Mails anzeigt werden. Da hat man dann den Unterschied: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. In OfficeWare Easy ist alles miteinander verzahnt. So erledigt z. B. der Mitarbeiter seine Aufgabe und merkt gar nicht, dass daraus an anderer Stelle der Projektbericht automatisch erstellt wird. Im Projektbericht wird z. B. auch dokumentiert, was nicht zur Grundleistung gehört. Und gut dokumentiert ist gut nachverhandelt, wenn es z. B. um Änderungsleistungen geht.

Kein Kümmern mehr um Strukturen und Ablagen

Bild 1. Die Bearbeitung der Aufgaben mithilfe von Software zu beobachten, funktioniert nur, wenn die Akzeptanz für die Software und für die Ziele des Unternehmens bei den Mitarbeitern vorhanden ist.

Dies alles ist nur möglich, weil sich die Mitarbeiter nicht mehr um Strukturen und um die Ablage kümmern müssen, dies alles macht OfficeWare Easy automatisch. Simple Dinge haben oft eine große Wirkung. Man weiß z. B., dass Beobachten verändert. Alleine, wenn jemand bei der Arbeit zuschaut, verändert sich die Arbeitsweise. OfficeWare Easy schaut zu! Und zwar insofern, als dass die Verantwortlichen sofort sehen, wie der Projektstand ist und wo es Probleme gibt. Es sind die vielen Dinge aus der Praxis, die bei einer Software zählen, z. B. wenn sich der Baustellenleiter nur noch die Pläne anzeigen lässt, die neu bzw. geändert sind.

Neues Zauberwort „FlowSystem“

Hubert Heinrich erzählt, dass Interessenten erst mit OfficeWare Easy erkennen, dass eine Nachkontrolle alleine mit einem Finanz-Controlling-System heutzutage bei weitem nicht mehr ausreicht. Auch eine Projekt-Verwaltungssoftware, bei der nur die Daten abgelegt und verwaltet werden, bringt nicht den gewünschten Effekt. Viele Ingenieur- und Planungsbüros haben schon versucht, die Komplexität mit spezieller Projektsteuerungssoftware in den Griff zu bekommen, was oft wenig praxisgerecht und sehr aufwändig ist und letztendlich auch nur begrenzt funktioniert. Das neue Zauberwort ist das FlowSystem in OfficeWare Easy, das man allerdings selbst gesehen haben sollte und so auch die Funktionen des E-Mail-Clients.

Bild 2. Ziel von OfficeWare Easy ist es, ohne Mehraufwand produktiver zu sein und einen besseren Überblick zu bekommen. (Fotos: OfficeWare)

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Weitere Informationen: OfficeWare Information Systems GmbH, Gaimersheimer Straße 38, 85057 Ingolstadt, Tel (08 41) 88 67-1 00, Contact@Officeware.de, www.OfficeWare.de

Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

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Forschungsprojekt: Mikrorisse im Beton mittels Schallemissionsanalyse aufspüren Mit der Schallemissionsanalyse zur Detektion von Mikrorissen in Baumaterialien befasst sich ein Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Das Land Hessen fördert das Vorhaben mit 35.000 €. Projektleiter ist Prof. Dr. Gerd Manthei vom Institut für Methodik der Produktentstehung. Die Korrosion von Stahlbeton gefährdet die Sicherheit von Bauwerken wie zum Beispiel Brücken. Ausgangspunkt solcher Schäden sind Mikrorisse, die durch starke Belastung entstehen können. Durch diese Risse, die optisch nicht unmittelbar wahrzunehmen sind, können etwa Taumittel in den Beton eindringen und die Stahlbewehrung angreifen. Als Folge kommt es zu größeren Rissen. Beton platzt ab. Die Sicherheit des Bauwerks ist in Gefahr. Laut Manthei entsprechen zum Beispiel 16 von 20 Autobahnbrücken auf der A 45 nicht mehr den aktuellen Anforderungen. Schäden können vermieden werden, wenn die Mikrorisse frühzeitig entdeckt werden. Hierzu soll in dem TH-Projekt die Schallemissionsanalyse genutzt werden. Sie macht sich zunutze, dass bei Verformungen oder Rissen in einem Material schwache Schallimpulse ausgesandt werden. Sensoren wandeln die so entstehende mechanische Energie in elektrische um. Das Verfahren ist für Stahl und faserverstärkte Kunststoffe entwickelt worden und auf diesem Gebiet etabliert. Beton ist für die Schallemissionsanalyse ein schwieriges Material, da er wegen seiner unregelmäßigen Geometrie und Zusammensetzung die Ausbreitung elastischer Wellen stark dämpft. Wichtigste Aufgabe des Forschungsprojekts ist deshalb die Entwicklung eines neuen Schallemissionsaufnehmers, der in einem dem Beton angepassten Frequenzbereich misst. Eine permanente Schallemissionsanalyse könnte Auskunft über Ort, Ausdehnung und Fortschritt der Schädigung eines Bauwerks geben. „Gelänge es“, so Manthei, „dieses Verfahren an hochbelasteten Autobahnbrücken zu installieren, könnten diese kostengünstig instandgesetzt werden, lange bevor ein Schaden sichtbar wird.“ Manthei arbeitet in dem Projekt mit Prof. Dr. Rüdiger Kern vom Labor für Baustoffkunde, Bauteilprüfung und Massivbau zusammen. Das Forschungsvorhaben am Gießener

Projektleiter Prof. Dr. Gerd Manthei

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik, an dem auch Studenten beteiligt sein werden, hat eine Laufzeit von einem Jahr. Es wird im Rahmen des Förderprogramms „Forschung für die Praxis“ unterstützt. Damit bezuschusst die Landesregierung praxisnahe Projekte an hessischen Fachhochschulen. Weitere Informationen: Technischen Hochschule Mittelhessen, Fachbereich 03 – Maschinenbau und Energietechnik, Wiesenstraße 14, 35390 Gießen, Tel. (06 41) 3 09 22 00, dekanat@me.thm.de, www.me.th-mittelhessen.de

Forschungsprojekt: Holzleichtbeton für die Sanierung von Außenwänden Holzverbundwerkstoffe sind vielfältig einsetzbar und werden auch immer mehr im Hochbau verwendet. Ein neues gemeinsames Forschungsprojekt von Prof. Dr. Roland Krippner von der Fakultät Architektur und Prof. Dr. Thomas Freimann von der Fakultät Bauingenieurwesen der Georg-Simon-OhmHochschule Nürnberg befasst sich deshalb mit „Holzleichtbeton als Material für die Sanierung von Außenwänden“. Die Stiftung Bayerisches Baugewerbe unterstützt das Forschungsprojekt, das im Januar 2012 gestartet ist und bis März 2013 läuft, mit einer Förderung in Höhe von 40.000 €. Kooperationspartner ist die Firma L.u.H. Keilholz GmbH in Nürnberg. Holzleichtbeton ist ein Verbundwerkstoff, der sich aus Zement, Holzpartikeln und Wasser zusammensetzt. Er wird von den Forschern des OHM nach ersten grundlegenden Untersuchungen (gefördert von der STAEDLER Stiftung) nun genauer erforscht. Bei dem Projekt sollen die Zusammensetzung von Holzleichtbeton sowie dessen baukonstruktive Kenndaten auch hinsichtlich Ressourceneffizienz erforscht werden. Testreihen zur Fertigung und Anbringung von Holzleichtbetonplatten unter praxisnahen Bedingungen dienen der Klärung von Grundprinzipien bei der Fassadenrenovierung. Wie muss die Unterkonstruktion beschaffen sein? Wie werden die Holzleichtbetonplatten am besten befestigt? – Im Rahmen von Fallstudien sollen die Funktionsfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit des Holzverbundwerkstoffs aufgezeigt werden. Schon jetzt ist klar, dass sich Holzleichtbeton gut verarbeiten lässt und variierbare Festigkeitseigenschaften mitbringt. Auch bei der Gebäudemodernisierung sind Platten aus Holzleichtbeton eine Alternative zu herkömmlichen Lösungen. Erste Anwendungen in Demonstrationsprojekten bestätigten wohl die positiven Einschätzungen. Darüber hinaus gilt das Material als recht kostengünstig, da die Holzpartikel Abfallprodukte aus der Holzverarbeitung – also Sägespäne oder Sägemehl – sind oder dafür Reststoffe von regionalen Holzarten verarbeitet werden. Holzleichtbeton soll für das Zimmererhandwerk die Erschließung neuer Arbeitsbereiche beispielweise durch die stoffliche Nutzung von Abfällen der Holzverarbeitung eröffnen. Hinzu kommen neue Anwendungsfelder mit Holzleichtbeton als Plattenwerkstoff in der energetischen Sanierung. Weitere Informationen: Georg-Simon-Ohm-Hochschule für angewandte Wissenschaften – Fachhochschule Nürnberg, Keßlerplatz 12, 90489 Nürnberg, Tel. (09 11) 58 80-0, info@ohm-hochschule.de, www.ohm-hoschule.de Sowie: L.u.H. Keilholz GmbH, Lachfelderstr. 1, 90427 Nürnberg, Tel. (09 11) 37 76 80, g.keilholz@ag-passivhaus.de

Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

Instandsetzung der Rotteckgarage in Freiburg i. Br.

Die Tiefgarage verfügt in vier unterirdischen Parkebenen über 366 Stellplätze. Über die Einfahrtsrampe gelangt man in das erste Untergeschoss der Tiefgarage. Von dort aus führt eine Spindel im Zentrum des Bauwerks in die darunterliegenden Stockwerke zwei, drei und vier.

Schadensanalyse

An der Rotteckgarage konnten deutliche Verschleißerscheinungen und Schäden festgestellt werden, so dass die Freiburger Kommunalbauten GmbH Baugesellschaft und Co. KG entschied, dass zur Feststellung des Ist-Zustandes eine umfassende Schadensanalyse erfolgen soll. Zur Durchführung der hierfür notwendigen Untersuchungen wurde die Ingenieur-Gesellschaft der Bauwerkserhaltung mbH (IGB) aus Biberach an der Riss beauftragt. Die Untersuchungen vor Ort wurden durch die Ingenieure der IGB an zwei Tagen mit folgenden Prüfungen durchgeführt: – Herstellen von Sondieröffnungen auf der Tiefgaragendecke – Herstellen von Sondieröffnungen in der Tiefgarage

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Die Rotteckgarage in Freiburg i. Br. wies nach über 40 Betriebsjahren deutliche Verschleißerscheinungen und Schäden auf. Nach einer umfassenden Schadensanalyse wurden die notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen geplant. In erster Linie galt es, den Korrosionsschutz der Bewehrung wiederherzustellen. Die Bodenflächen im 1. bis 3. UG werden mit einer StoCretec OS 10- Beschichtung vor einem erneuten Chlorideintrag geschützt.

Bild 1. Betonabtrag Geschossdecke 1. Untergeschoss

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Bestimmung der Betonüberdeckung Bestimmung der Oberflächenzugfestigkeit Bestimmung der Karbonatisierungstiefe Bestimmung der Betondruckfestigkeit Bestimmung des Chloridgehaltes Potenzialfeldmessungen Setzen von Rissmarken zur Bestimmung der Rissweitenänderung

Zur Durchführung der Untersuchungen an den Bodenflächen wurden bereichsweise der Gussasphalt und der Zementestrich entfernt. Beide Beläge wiesen Schäden in Form von Rissen und Hohllagen auf. Es zeigte sich, dass der Stahlbeton unter den Belägen deutlich erhöhte Chloridwerte aufwies. Die Chloride

Parkhaussanierung bedeutet für uns: Gutes wieder besser machen. Parkhäuser und Tiefgaragen sind die Visitenkarten ihrer Eigentümer. Korrodierender Bewehrungsstahl, abplatzender Beton und starke Verschmutzungen tragen nicht zu einem guten Gesamteindruck von Parkhäusern bei. Durch Korrosion der Bewehrung und Betonschädigungen ist zudem oftmals die Statik gefährdet. Wir unterstützen Sie in der Planung und Ausführung sämtlicher Sanierungsarbeiten nach den Instandsetzungsrichtlinien des deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfSt) und den Richtlinien für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen. Wir bringen Ihr Parkhaus in Schuss, für Sicherheit und Vertrauen sowie einer langfristigen Bestandserhaltung und Steigerung des Gebäudewertes. Gerne erarbeiten wir mit Ihnen ein innovatives Konzept. Wir beraten Sie gerne. Fabriçe Kotte, Geschäftsführer | Telefon +49 8024 47048-11 Geiger Bauwerksanierung GmbH & Co. KG Niederlassung Stuttgart · Karl-Benz-Straße 5 · 70794 Filderstadt Niederlassung München · Birkerfeld 30 · 83627 Warngau Niederlassung Bodnegg · Rotheidlen 14 · 88285 Bodnegg www.geigergruppe.de · bauwerksanierung@geigergruppe.de

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Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

Bild 2. Untergrundvorbereitung an der Decke mittels Hochdruckwasserstrahlen

stammen aus von Fahrzeugen eingebrachten Taumitteln. Sie sind für den Beton unschädlich, jedoch in der Lage, Korrosion am Bewehrungsstahl auszulösen, wenn sie mit diesem in Kontakt kommen. An die Bewehrung gelangen die schädlichen Salze entweder über das Porengefüge des Betons oder aber über Gefügeschädigungen im Beton, wie Risse. Die Korrosion am Stahl bewirkt eine Querschnittsreduzierung am Stahl, die je nach Abrostungsgrad Einfluss auf die Standsicherheit nehmen kann. Dieses Schädigungsbild konnte in sämtlichen Geschossen der Tiefgarage festgestellt werden. Schadensursache ist eine fehlende Abdichtung unterhalb der Bodenbeläge und eine mangelhafte Entwässerung der Bodenflächen. Planmäßig wurde kein ausreichend starkes Gefälle ausgebildet, welches das anfallende Wasser auf kürzestem Weg in die Bodenabläufe führt. Auch an den Stützen und Wänden konnten stellenweise sehr stark erhöhte Chloridgehalte festgestellt werden – mit der Folge erheblicher Korrosion, so dass hier Standsicherheitsprobleme zu erwarten waren. Einige Stützen tragen nicht die Lasten der Tiefgarage in den Baugrund ab, sondern stützen die Gebäudeteile des Warenhauses C&A, das sich z. T. direkt über der Tiefgarage befindet. Zur Beurteilung der tragwerksplanerischen Aspekte wurde bereits im Rahmen der Schadensanalyse die Ingenieurgruppe Bauen aus Freiburg hinzugezogen. Die Tiefgarage liegt z. T. unterhalb einer Fußgängerzone. Belagsöffnungen ergaben, dass zwar eine Abdichtung vorhanden ist, diese aber im Laufe der Zeit spröde und rissig geworden ist, so dass auch über die Decke der Tiefgarage tausalzhaltiges Wasser in die Tiefgarage eindringt und die Bausubstanz schädigt. A8

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Bild 3. Instandsetzung einer Stütze des C&A-Einkaufscenters

Unter der Voraussetzung, dass die Tiefgarage weitere 30 Jahre betrieben werden soll, sind aufgrund des Ist-Zustandes Maßnahmen zur Instandsetzung des Tragwerks und zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit zu ergreifen.

Planung der Instandsetzung

Auf Grundlage der Schadensanalyse wurden durch IGB die notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen geplant. In erster Linie galt es, den Korrosionsschutz der Bewehrung wiederherzustellen. Die Planung wurde auf Grundlage der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb Deutschen Ausschusses für Stahlbeton durchgeführt. Diese sieht für den Korrosionsschutz der Bewehrung insgesamt vier Instandsetzungsprinzipien vor. Zwei dieser Prinzipien kamen an der Rotteckgarage in Betracht: das Prinzip R1Cl und das Prinzip K. Das Prinzip R1Cl beruht auf der Repassivierung des Bewehrungsstahles. Der Beton, der den korrosionsauslösenden Chloridgehalt überschreitet, wird abgetragen und die Ausbruchstelle wird mit Beton bzw. Instandsetzungsmörtel reprofiliert. Das Instandsetzungsprinzip K (Kathodischer Korrosionsschutz) verhindert die durch die eingedrungenen Chloride verursachten Korrosionsprozesse, indem es die anodische Bewehrung zur Kathode umpolt. Den dafür notwendigen Schutzstrom liefert eine Gleichstromquelle, die sowohl an das zu schützende Metall als auch an eine inerte Anode angeschlossen wird. Ein Gleichstrom von geringer Stärke (5–20 mA/m²) fließt kontinuierlich zwischen der Bewehrung (Kathode) und einer dauerhaften Anode. Der Schutzstrom verringert die Korrosionsrate auf Werte nahe null. Insgesamt wurden auf Grundlage der zwei gewählten Korrosionsschutzprinzipien für die Bodenflächen drei und für die aufgehenden Bauteile zwei Instandsetzungsvarianten erarbeitet. Zur Entscheidungsfindung wurden die Varianten intensiv diskutiert und anhand einer Bewertungsmatrix unter objektiven Krite-

in zwei Abschnitten wieder freigegeben. Die Fertigstellung der beiden ersten Ebenen ist für das Weihnachtsgeschäft 2012 geplant. Die Gesamtfertigstellung ist für den Frühsommer 2013 vorgesehen. Dipl.-Ing. (FH) Markus Kindl, IGB Ingenieur-Gesellschaft der Bauwerkserhaltung mbH Weitere Informationen: Ingenieur-Gesellschaft der Bauwerkserhaltung mbH, Zeppelinring 14, 88400 Biberach, Tel. (0 73 51) 3 49 54-29, Fax (0 73 51) 3 49 54-10, info@igb-sued.de, www.igb-sued.de sowie: Geiger Bauwerksanierung GmbH & Co. KG, Wilhelm-Geiger-Straße 1, 87561 Obersdorf, Tel. (0 83 22) 18-0, Fax (0 83 22) 18-2 54, bauwerksanierung@geigergruppe.de, www.geigergruppe.de sowie: StoCretec GmbH, Gutenbergstraße 6, 65830 Kriftel, Tel. (0 61 92) 4 01-1 04, Fax (0 61 92) 4 01-1 05, info.stocretec.de@stoeu.com, www.stocretec.de

Langfristige Lösung für die Fassade eines Hochregallagers Bild 4a und 4b. Hell und in freundlichen Farben: Gestaltungsentwurf für die Rotteckarage (Fotos: StoCretec)

rien verglichen – mit dem Ergebnis, dass sowohl die Boden- als auch die Stützen- und Wandflächen mit dem Prinzip R1Cl instand gesetzt werden sollten. Neben dem Austausch chloridbelasteten Betons wird an den Bodenflächen auch unbelasteter Beton in einer Tiefe von 3 cm entfernt, um die notwendige Höhe für einen neu einzubringenden Gefällebeton zu schaffen, der die Entwässerungssituation gegenüber dem Bestand deutlich verbessern wird. Der Gefällebeton wird bewehrt hergestellt, so dass zusätzlich eine Ertüchtigung der Geschossdecken vorgenommen wird. Die Bodenflächen der Geschossdecken 1. bis 3. UG werden mit einer StoCretec OS 10-Beschichtung gemäß Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb Deutschen Ausschusses für Stahlbeton vor einem erneuten Chlorideintrag geschützt. Die Beschichtung wird an den Sockelflächen der Wände und Stützen bis in eine Höhe von 50 cm nach oben geführt, um auch hier einen erneuten Chlorideintrag zu unterbinden. Die Wände und Stützen werden oberhalb des Sockelbereichs mit einer StoCretec OS 2-Beschichtung versehen. Diese hat neben der gestalterischen Anforderung die Aufgabe, die Wasser- und Gasaufnahme zu reduzieren. Die umfangreichen Instandsetzungsmaßnahmen am Tragwerk der Tiefgarage machen eine Erneuerung der Haustechnik obligatorisch, so dass auch in diesem Bereich eine komplette Grundsanierung stattfindet. Insbesondere wird der Brandschutz im Zuge der Instandsetzung den heute gültigen Auflagen entsprechend hergestellt. Die Garage erhält eine hellere Beleuchtung. Außerdem werden alle technischen Anlagen, wie z. B. die Lüftungsanlage, auf den aktuellen Stand gebracht.

Durch umfassende Instandsetzungsmaßnahmen konnte bei der Betonfassade eines Hochregallagers die Verkehrssicherheit und die langfristige Standsicherheit wieder hergestellt werden. In Kombination mit einem Instandhaltungsplan sichern die durchgeführten Maßnahmen die Betonkonstruktion für eine geplante Restnutzungsdauer von 10 bis 15 Jahren. Grundlage der ausgeführten Arbeiten war eine ausführliche Bauwerksuntersuchung und ein darauf basierendes Instandsetzungskonzept. Eigen- und Fremdüberwachung waren Bestandteil der Auftragsvergabe und mussten vom Aufragnehmer belegt werden. Das Thema Sicherheit steht beim Aluminiumkonzern Hydro in allen Betriebsabläufen an erster Stelle. Jeder Mitarbeiter soll ebenso gesund nach Hause gehen, wie er zur Arbeit gekommen ist. Neben diesbezüglichen Maßnahmen werden auch die Bauwerke des weitläufigen Firmengeländes regelmäßig überwacht. So geriet jüngst im Aluminiumwalzwerk der Hydro in Grevenbroich die Betonfassade eines in den 70er Jahren erstellten Hochregallagers in den Fokus der Verantwortlichen. Das daraufhin mit der Bauwerksuntersuchung beauftragte Ingenieurbüro Bernd Richter (ibr) aus Roetgen, Mitglied der Landesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken NRW e.V., stellte umfangreiche Schäden fest, die Dauerhaftigkeit der Kon-

Instandsetzung

Die Instandsetzungsmaßnahmen haben am 9.1.2012 begonnen. Die Betoninstandsetzung erfolgt durch die Fa. Geiger Bauwerksanierung GmbH & Co. KG, Niederlassung Bodnegg und Stuttgart. Die Ingenieur-Gesellschaft der Bauwerkserhaltung mbH ist ständig mit mindestens einem Ingenieur vor Ort, um die Ausführung im Hinblick auf Kosten, Termine und Qualität zu überwachen. Die Tiefgarage ist zu Beginn komplett gesperrt und wird

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Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

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Bild 1. Im Hintergrund die Fassade des Hochregallagers der Hydro Aluminium GmbH

Bild 2. Auch von weitem deutlich sichtbar: Die Schäden an der Betonfassade des Hochregallagers

struktion und Verkehrssicherheit der Fassade in starkem Maße beeinträchtigten, wobei Personengefährdung nicht ausgeschlossen werden konnte. Langfristig schlossen die Gutachter auch eine – zum Zeitpunkt der Untersuchung jedoch noch nicht gegebene – Gefährdung der Standsicherheit nicht aus.

vom Personenkorb des Autokrans aus abgeklopft. Durch die Untersuchung der Betonüberdeckung der Bewehrung mit einem Bewehrungssuchgerät konnten in einem zerstörungsfreien Verfahren Informationen zu Lage und Durchmesser von Bewehrungsstählen bis zu einer Tiefe von 60 mm gewonnen werden. Hinweise zum Ausmaß der Korrosion und zum Zustand der Bewehrungsstähle ergaben sich durch Sondierungsöffnungen, die an repräsentativen Stellen angelegt wurden. Zusätzlich wurden zur Ermittlung der Betondruckfestigkeit, Rohdichte, Karbonatisierungstiefe sowie der Oberflächenzugfestigkeit der Fassade Bohrkerne im Nassbohrverfahren entnommen und Prüfungen durchgeführt. Die entsprechenden Untersuchungen führte die beton consult GmbH, Institut für Baustoff und Bautechnik aus Willich durch. Sämtliche erhobenen Befunde der Bestandsaufnahme und Bauwerksuntersuchung wurden in einer Planskizze schriftlich und fotografisch dokumentiert – Grundlage für das anschließende Instandsetzungskonzept und die darauf basierende Leistungsbeschreibung. Detaillierte Angaben zur Bauwerksgeschichte, zu den verwendeten Materialien, zur Ausführung und eventuellen zwischenzeitlich durchgeführten Instandsetzungen sowie Pläne und Zeichnungen lagen nicht vor und konnten somit auch nicht in die Beurteilung einbezogen werden.

Schadensermittlung

Der Schadensfeststellung an der in Gleitschalungsbauweise erstellten Fassade des Hochregallagers ging eine umfassende Bestandsaufnahme und Bauwerksuntersuchung voraus. Dazu stand ein Autokran mit 60 m langem Mast und Personenkorb zur Verfügung, mit dem die bis zu 33 m hohe Betonfassadenfläche streifenoder segmentweise abgefahren werden konnte. Um Fehlstellen und Hohllagen zu ermitteln, wurde dabei die gesamte Fassade

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Ergebnisse der Bauwerksuntersuchung

Nachträgliches Verstärken von Stahlbeton Bauteilverstärkung mit Stahl- oder Kohlefaserlamellen, Kohlefasersheets oder Spritzbeton Ausführung vorgespannter CFK-Lamellen mit dem geprüften S & P-Vorspannsystem Bauaufsichtliche Zulassung für Belastungen nach DIN 1055, DIN 1072, DIN 4132, DIN 15018

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Die Auswertung der Ergebnisse der Bestandsaufnahme vor Ort sowie der betontechnologischen Untersuchung ergab Schäden in Form von Betonabplatzungen, Hohllagen, losen Betonteilen, freiliegenden und korrodierten Bewehrungen und absandenden Untergründen. Betroffen waren rund 30 Prozent der 800 m² großen Gesamtfläche. Als insgesamt nicht ausreichend wurden vor allem die Betonüberdeckungen der Bewehrung eingestuft. Dabei waren die festgestellten Überdeckungstiefen sehr unterschiedlich. Gemessen wurden Werte von 0 mm (also keine Überdeckung bzw. freiliegende Bewehrung) bis zu 30 mm. Die Untersuchungen vor Ort ergaben, dass Korrosionserscheinungen an der Bewehrung nur an jenen Stellen auftraten, die in geschädigten, also frei oder hohl liegenden Bereichen, lagen. Bei der Überprüfung der Bewehrung an den Bohrkernen, die aus offensichtlich unbeschädigten Bereichen entnommen wurden, konnte dagegen trotz geringer Betonüberdeckung der Bewehrung keine Korrosion festgestellt werden. Als ausreichend wurden auch die ermittelten Betondruckfestigkeiten sowie die Oberflächenzugfestigkeiten bewertet.

Instandsetzungskonzept

Die ausführliche Bauwerksuntersuchung war Grundlage für die Erarbeitung eines Instandsetzungskonzeptes, das die Standsicherheit sowie die Verkehrssicherheit der Fassade für einen Zeit-

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Bild 3. Schadstellen, Ausbruchtiefe, korrodierte Bewehrung

Bild 4. Die fertiggestellte Fassade. Die Dauerhaftigkeit der Maßnahme gewährleistet ein Instandhaltungsplan. (Fotos: Dip.-Ing. Bernd Richter, ibr – Ingenieurbüro Bernd Richter)

raum von bis zu 15 Jahren sicherstellen sollte. Insgesamt wurden von ibr drei Varianten zur Instandsetzung der Betonkonstruktion vorgeschlagen. Die dritte, aus wirtschaftlichen Gründen schließlich auch realisierte Variante umfasste die Bearbeitung der Schadstellen, die partielle Ausbesserung mit alkalischem Beton bzw. Mörtel und den Auftrag eines Oberflächenschutzsystems in zwei Ausführungen zur Begrenzung des Wassergehaltes im Beton, gemäß Instandsetzungsprinzipien R2 und W der Instandsetzungs-Richtlinie des DAfStb. Bei dieser Version bestand der Unterschied zu den beiden anderen Varianten hauptsächlich in der örtlichen Bearbeitung der Schadstellen und dem Auftrag eines Oberflächenschutzsystems mit geringer Rissüberbrückungsfähigkeit. Dabei wurde der

Mörtel nicht flächig aufgebracht, sondern diente lediglich als Kratz- und Lunkerspachtelung. Da die Gesamtschichtdicke des aufgebrachten Oberflächenschutzsystems nur etwa 5 mm beträgt, war eine Erhöhung der Eigenlast der Fassade nur geringfügig gegeben und konnte vernachlässigt werden. Während bei den ersten beiden Varianten allein der flächig aufgebrachte alkalische Mörtel die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Gebäudes für die geplante Restnutzungsdauer erfüllt hätte, konnten diese Anforderungen bei der realisierten Variante nur durch das gesamte System sichergestellt werden. Jedoch: „Unter der Voraussetzung von regelmäßig durchgeführten Inspektionen und einer zeitnahen Beseitigung von eventuell auftretenden Schäden und Mängeln,“ erklärt Bernd Richter, „ist die dritte Variante in Bezug auf die Dauerhaftigkeit des Gebäudes gegenüber

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Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz Eigen- und Fremdüberwachung

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Insgesamt konnte durch die Entfernung des geschädigten Betons und die Reprofilierung von Fehlstellen sowie durch den Ersatz fehlender Bewehrungen die Verkehrssicherheit der Fassade des Hochregallagers wieder hergestellt werden. Das Aufbringen eines Oberflächenschutzsystems erhöht die Widerstandsfähigkeit der gesamten Konstruktion gegen das Eindringen von Stoffen, die den Beton angreifen oder die Korrosion begünstigen. Die fachgerechte Ausführung der Arbeiten wird zusätzlich durch die Eigen- und Fremdüberwachung sichergestellt. Bedingung bei der Auftragsvergabe war, dass die Eigenüberwachung von der qualifizierten Führungskraft des Unternehmens geplant und von einer verantwortlichen Fachkraft mit SIVV-Schein durchgeführt wurde. Bereits bei Abgabe des Angebotes mussten sich die Bieter verpflichten, Eigenüberwachungen gemäß der Richtlinie (Teil 3) während der gesamten Dauer der Maßnahme durchzuführen und zu dokumentieren. Die ständige Anwesenheit der SIVV-Fachkraft vor Ort während der gesamten Dauer der Maßnahme war seitens des Auftraggebers vorgeschrieben. Die SIVV-Bescheinigung der vorgesehenen verantwortlichen Fachkraft musste gemeinsam mit dem Angebot eingereicht werden. Fehlte dieser Nachweis, wurden Bieter im Vergabeverfahren nicht berücksichtigt. Voraussetzung für die Auftragsvergabe war außerdem die Mitgliedschaft in einer Gütegemeinschaft für Betoninstandsetzung, die ebenfalls nachgewiesen werden musste. Das ausführende Unternehmen, die Stromberg Oberflächentechnik GmbH & Co. KG aus Duisburg, ist Mitglied in der LIB-NRW. Die Fremdüberwachung wurde durch die dafür anerkannte Prüf- und Überwachungsstelle der Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauteilen durchgeführt. Rita Jacobs/Hans Joachim Rosenwald

den anderen beiden Ausführungsvarianten durchaus als gleichwertig anzusehen.“ Laut des von ibr aufgestellten Instandhaltungsplanes sollen diese bauwerkserhaltenden Untersuchungen in regelmäßigen Abständen von höchstens zwei Jahren durch einen Sachkundigen und den Bauherrn durchgeführt und dokumentiert werden.

Weitere Informationen: Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V., Nassauische Straße 15, 10717 Berlin, Tel. (0 30) 86 00 04-8 91, Fax (0 30) 86 00 04-43, info@betonerhaltung.com, www.betonerhaltung.com, www.bgib.de

Schadensbehebung

Die Behebung der Schäden konnte wegen der großen Höhe der Fassade nur über ein Gerüst ausgeführt werden. An der Stirnseite der Fassade wurde das Gerüst ergänzt durch einen Aufzug für den Transport von Material und Personen. Die Instandsetzungsarbeiten begannen in jenen Bereichen der Fassade, an denen später die Wandkonsolen für das Gerüst montiert wurden. Die Arbeiten erfolgten unter Berücksichtigung der statischen Problematik mit Hilfe eines Autokrans und vom Dach des Vorbaus aus. Für die richtige Vorbereitung des Untergrundes hat das ausführende Unternehmen, die Stromberg Oberflächentechnik GmbH & Co. KG aus Duisburg zunächst alle lockeren, hohlliegenden und geschädigten Betonbereiche bis zu einer Tiefe von 80 mm entfernt und die Bewehrungen freigelegt. Die gestemmten Flächen wurden gemäß Instandsetzungs-Richtlinie Teil 2, Tab. 2.5 durch Strahlen nachbehandelt. Korrodierte Bewehrungen wurden durch Strahlen gemäß DIN EN ISO 12944-4 entrostet. Auf die so vorbereitete Bewehrung erfolgte anschließend der Auftrag eines einkomponentigen, mineralischen Korrosionsschutzes. Freiliegende Stahleinlagen wurden schwingungsfrei befestigt, fehlende Bewehrungen ersetzt. Die anschließende Reprofilierung der Schadstellen erfolgte mit einem kunststoffmodifiziertem Zementmörtel (PCC), der unter Druck nass in nass auf eine mineralische Haftbrücke aufgebracht, verdichtet und rau planabgezogen wurde. Abschließend erfolgte der Auftrag einer Kratz- und Flächenspachtelung sowie des Oberflächenschutzsystems OS 5a gemäß DAfStb-Richtlinie. A12 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Lexikon Betoninstandsetzung Planer, Auftraggeber und ausführende Unternehmen finden auf der Hompage der Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken (ib) ein Lexikon zum Themenkreis Betoninstandsetzung. Mit kurz und verständlich formulierten Begriffserklärungen bietet es viele Informationen und Detailwissen für alle, die mit diesem komplexen Thema umgehen. Zu über 200 Begriffen finden sich in dem neuen Internet-Nachschlagewerk detaillierte Antworten und ausführliche Erklärungen. Es enthält wichtige Kenndaten und vermittelt Kenntnisse über Materialien und Stoffe, beschreibt die Chemikalien, nennt Richt- und Grenzwerte sowie die relevanten gesetzlichen Regelwerke. Auch unterschiedliche Anwendungsverfahren werden darin kurz und kompakt mit ihren Vor- und Nachteilen geschildert. Als zusätzlichen Service bietet das Lexikon außerdem Verweise auf Ausführungen in Veröffentlichungen, die in die Homepage der Bundesgütegemeinschaft eingestellt sind und die weiterführende Informationen enthalten. Als bundesweites Kompetenzzentrum für fachgerechte Betoninstandsetzung vertritt die ib mehr als 260 ausführende Unternehmen sowie rund 60 Planungsbüros. Das Lexikon steht Interessenten kostenfrei unter www.betonerhaltung.com zur Verfügung.

Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

Um flüssige Beschichtungen erweitertes Sortiment www.ingpages.de

3M erweitert sein Beschichtungs-Sortiment und hat ab sofort unter der Marke Scotchkote auch flüssige Beschichtungen im Portfolio. Diese basieren auf dem neuesten Stand der wasserbasierten und lösemittelfreien Polymertechnologie. Konkret handelt es sich um Epoxide und Polyurethane, die sich für zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten eignen – von der Beschichtung von Rohren, Wänden, Dächern und Böden bis hin zu Pylonen, Windturbinen, Maschinen

Bild 2. Optimaler Langzeitschutz dank Scotchkote – selbst bei nur wenigen Schichten (Fotos: 3M)

Bild 1. Scotchkote flüssige Beschichtungen sind einfach und sicher im Gebrauch.

oder Bahnwaggons. 3M Skotchkote Beschichtungen bieten einen zuverlässigen Langzeitschutz – selbst bei nur wenigen Schichten – und ermöglichen damit eine Reduzierung der Folgekosten. Neben der klassischen Korrosionsschutz-Beschichtung gibt es zahlreiche Spezial-Produkte, darunter Lösungen für den Schutz vor Chemikalien, für Dächer und stark beanspruchte Böden, Brand-

schutz oder für den Schutz vor Graffiti. 3M Scotchkote Beschichtungen sind einfach und sicher im Gebrauch und sorgen zusätzlich für eine Aufwertung der Betriebs- und Arbeitsumgebung. Ebenfalls zum Scotchkote Portfolio gehören zahlreiche Reparatursysteme. Ob Schäden an Metalloberflächen, Gummiund Keramikteilen oder ausgetretene Böden und Treppen – die Scotchkote Instandhaltungssysteme sorgen vor Ort für eine schnelle und unkomplizierte Schadensbehebung. Weitere Spezialprodukte für den Schienenverkehr machen das Scotchkote Sortiment komplett. Weitere Informationen: 3M Deutschland GmbH, Carl-Schurz-Str. 1, 41453 Neuss, Vera Cwiklinski, Tel. (0 21 31) 14-42 27, Fax (0 21 31) 14-38 25, innovation.de@mmm.com, www.3mdeutschalnd.de

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Beratung Planung Ausführung 6D7)=D@W)= 7@+ M7=PP)!9D@W)= B!; .,E&CC WI 3=JGD;9 29D#V=?#=F/)=>=);;>'Y#V) 1 29D#VB)9?@F/)=>=);;>'Y#V) GEWI-Verpresspfähle 1 QL/®-Pfähle 1 :?#=9=Y%)=5)=BD7 4=9B)9?@>'Y#V) 1 2>=!9PB)9?@F<=B)!9)@ 1 :?+)@F 7@+ S)V;@Y%)V 1 H)A)@9FO@Z)W9!?@)@ 1 S)!@;9P)A)@9FO@Z)W9!?@)@ M7@;9#D=PFO@Z)W9!?@)@ 1 8#)A!WDVFO@Z)W9!?@)@ 62/F/)='D#=)@ 297A> N)99!@% 1 UV)W9=?F4;A?;) BV: Dampf kesselbau Meerane Betoninstandsetzung Kranbahn Bauzeit: Juli bis Dezember 2011. Es handelt sich hierbei um eine Betonsanierungsleistung mit erheblichen Schäden am Stützen-Riegelsystem der Anlage. Die Arbeiten wurden unter laufendem Betrieb durchgeführt. Die Schadstellensanierung wurde mittels Spritzbeton und PCC-Produkten durchgeführt. &"' )',3542*$'5 %+1('5 6", '"5'6 0/'142*$'5.*$+,!.#.,'6 /'.*$"*$,',ZN Langenfeld 0)VE C,."* ,".X"FC 1 SDR C,."* ,".X"FXXC ZN München 0)VE C[X X$C"C.FC 1 SDR C[X X$&$,* ZN Berlin + Verwaltung 0)VE C*C "&(XC(FC 1 SDR C*C "&(XC(F(,C

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

A13

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Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz

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verstärker Betonersatz für die Instandsetzung von Betonbaueilen im dynamischen wie statisch relevanten Bereich. Er ist ein universell einsetzbarer, einkomponentiger PCCBetonersatz der MC-Bauchemie. Das Produkt ist sowohl handals auch spritzverarbeitbar. Der hohe Karbonatisierungs- und Frosttausalz-Widerstand sichert außerdem eine besonders lange Lebensdauer – ein Aspekt, der insbesondere im Wasserbau und im Trinkwasserbereich wichtig ist. Die vier Vorklärbecken der Wasseraufbereitungsanlage in Iasi mit einem Durchmesser von 40 m wurden mit Nafufill KM 250 HS (hochsulfatbeständige Version) instand gesetzt. Als Oberflächenschutz wurde das neue Produktsystem MC-APC angewendet. Das gleiche System fand auch für die neuen Verbindungskanäle Verwendung. Diese selbstvernetzende rissüberbrückende Beschichtung garantiert permanente Flexibilität, sogar in Bereichen unter ständiger Wasserbelastung. Zudem ist sie UV-beständig, alkali- und frost-tausalzbeständig sowie chloriddicht. Bei einem Nachklärbecken mit einem Durchmesser von 65 m sowie in vier Belebungsbecken mit einer Beschichtungsfläche von annähernd 10.000 m² und vier Schlammklärbecken mit einem Durchmesser von 20 m kam Nafufill KM 250 HS in Kombination mit dem mineralischen Schutz MC-RIM zum Einsatz. Weitere Informationen: MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG, Am Kruppwald 1–8, 46238 Bottrop, Tel. (0 20 41) 10 10, Fax (0 20 41) 6 40 17, info@mc-bauchemie.de, www.mc-bauchemie.de

Instandsetzung der Kläranlage in Iasi Der kommunale Wasserversorger des rumänischen Bezirks Moldavien leitete ein umfangreiches Instandsetzungsprojekt der örtlichen Kläranlage ein, um die Qualität der Abwasserbehandlung zu verbessern. Bei diesem Projekt kamen neben vielen bewährten Produktlösungen von MC-Bauchemie insbesondere MC-RIM, ein hochsulfatbeständiger Oberflächenschutz für die Verwendung im Abwasserbereich, zum Einsatz. Das Produkt kann sowohl manuell als auch im Spritzverfahren appliziert werden. Die Instandsetzungsmaßnahmen beinhalteten die Faulbehälter, die Klärbecken, das Abwassersammelbecken, ein neues Pumpwerk, die Verbindungskanäle und das Belebungsbecken. Vier anaerobe Faulbehälter mit einem Einzelvolumen von je 4.200 m³ wurden mit dem Reprofilierungsmörtel Nafufill KM 250 instand gesetzt. Der Reprofilierungsmörtel ist ein faserBild 2. Nachher

Bild 1. Vorher

A14 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Bild 3. Instandgesetzte Verteilungskammer

Ein Hochwasserschaden führte im Klärwerk der Stadt Celle erst zu einer Lockerung des Baugrunds unter einem Becken und in der Folge zu einer Schiefstellung des „Königstuhls“. Abriss und Neubau war aufgrund von strikten Zeitvorgaben keine Option für den Betreiber. Mit einer Hohlraumauffüllung und der Anhebung des „königlichen“ Bauwerks durch die URETEK DeepInjection®-Methode kam trotzdem alles wieder ins Lot. 45 m Durchmesser, 3.200 m³ Fassungsvermögen – dies sind die Parameter eines Nachklärbeckens innerhalb der Kläranlage der Stadt Celle. Darin wird die Biomasse vom Wasser getrennt. Kernstück des Klärbeckens ist der sogenannte Königsstuhl, ein mittig im Becken aufragendes Stahlbetonbauwerk. Hier befinden sich die Zu- und Ableitungen für Abwasser und Klärschlamm sowie die Achsen und die Technik für die Rundräumer. Genau dieses zentrale Bauwerk hatte sich bedrohlich geneigt. Was war geschehen? Ein Hochwasserereignis der nahe gelegen Aller führte zu einem Aufschwimmen des gesamten Klärbeckens. Durch einen Riss in der Beckensohle trat Grundwasser ein und es wurden mehrere Kubikmeter Sand aus dem Untergrund in das Klärbecken gespült. Die Folge: Auflockerungen des Baugrunds und eine Schiefstellung des Königsstuhls um circa 19 cm – das Becken konnte so nicht mehr genutzt werden.

Wenig Alternativen

Viele Alternativen kamen zur Sanierung nicht in Frage. Ein kompletter Abriss des Klärbeckens mit anschließendem Neubau schied aus Zeitgründen aus, da die Anlage bereits im Winter 2011 wieder gebraucht würde. Blieben also das Einbringen von hydraulischen Presspfählen, DSV-Säulen (Düsenstrahlverfahren) oder die URETEK-Methode. Aus wirtschaftlichen Gründen und zur Vermeidung umfangreicher Erd- und Bauarbeiten entschied sich die Stadt Celle für die DeepInjection®-Methode des Herstellers. Neben der extrem kurzen Baustellenzeit sprach auch die mit der Anhebung des Königsstuhls verbundene Stabilisierung der Lockerzonen und Hohlraumauffüllung für dieses Verfahren. Die vorab durchgeführten Sondierungen des Ingenieurbüros Marienwerder

aus Hannover ergaben, dass der Baugrund unterhalb der Fundamentsohle des Königstuhls aus feinsandigem, schwach kiesigem Mittelsand besteht und bis zu einer Tiefe von 3,80 m nur locker gelagert ist. Der Königsstuhl weist außen einen Durchmesser von 5,60 m auf, im Inneren liegt er sogar bei nur 3,40 m. Die Fundamentsohle des Bauwerks gründet 1,80 m unter Oberkante Beckensohle.

Schwierige Details

Für die URETEK-Mitarbeiter gestaltete sich die Ausführung als anspruchsvolle Aufgabe, da aufgrund der sehr begrenzten Platzverhältnisse im Inneren der Aktionsradius sehr eingeschränkt war. Als weiteres schwieriges Detail offenbarte sich das Setzen der Bohrlöcher, da der Sockel des Königstuhls aus ca. 1,5 m dickem Beton mit einem hohen Bewehrungsgrad errichtet worden war. Ein Teil der Arbeiten zur Baugrundverstärkung musste deshalb auch von außen durchgeführt werden. Für das Verfüllen der Hohlräume wurden die Injektionslanzen durch 16 mm starke Bohrlöcher bis ca. 3,50 m unter Oberkante der Fundamentsohle geführt. Gleichzeitig wurden ebenfalls Injektionen bis ca. 1,20 m in den Baugrund gesetzt. Durch die Lanzen wurde das Zweikomponenten-Expansionsharz flüssig und unter kontrolliertem Druck in den Baugrund gepresst, so dass es aufgrund der Volumenvergrößerung der Harze und der so entstehende Expansionskraft zu einer örtlichen Aufsprengung und Verdichtung des Bodens kam. Parallel dazu fand die Anhebung zur Korrektur der Schiefstellung des Königstuhls statt. Die URETEKMitarbeiter injizierten das Expansionsharz direkt in den Baugrund unter der Sohlplatte. Unter der millimetergenauen Überwachung mittels Nivellierlaser durch das Planungsbüro Wittig in Winsen wurde dann der Königstuhl durch weitere Materialzugabe kontrolliert angehoben und in die gewünschte Position gebracht.

Weitere Informationen: URETEK Deutschland GmbH, Weseler Str. 110, 45478 Mülheim, Tel. 0800-3773250, info@uretek.de, www.uretek.de

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Sichtbeton

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Regensburger Biologen bekommen Sichtbeton-Neubau 17.000 m³ Transportbeton liefert die CEMEX Südostbayern GmbH & Co. KG für den Neubau „Ausweichgebäude NWF West für die Biologie“ auf den Campus der Universität Regensburg. Die Besonderheit: Ein Großteil der angeforderten Menge musste Sichtbetonklasse SB III entsprechen. Das Staatliche Bauamt Regensburg unterzieht die westlichen Gebäude der Naturwissenschaften an der Universität Regensburg voraussichtlich bis zum Jahr 2021 einer Generalsanierung. Der erste Abschnitt dieses Vorhabens ist der Neubau eines Ausweichgebäudes mit knapp 11 000 Quadratmetern Hauptnutzfläche, das die naturwissenschaftlichen Flächen der Biologie dauerhaft aufnehmen wird. Bauherr ist das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst. In den modernen Laboren, Hörsälen, Lehrstuhlflächen, Seminar- und Praktikumsräumen werden die Studierenden und Lehrenden beste Studien- und Forschungsbedingungen vorfinden – und ein passendes modernes Ambiente.

10.000 m³ für Bauteile in SB III

Die Leonhard Weiß GmbH & Co. KG, Niederlassung Göppingen, führte die Rohbauarbeiten von März 2011 bis Januar 2012 aus. Insgesamt etwa 17.000 m³ Transportbeton stellten die Mitarbeiter der CEMEX-Lieferwerke Regensburg-Irl und Regensburg-Pentling für die Baustelle an der Universitätsstraße her –

Bild 3. Der Neubau bekommt knapp 11.0000 m² Hauptnutzfläche. Die Leonhard Weiß GmbH & Co. KG führte die Rohbauarbeiten von März 2001 bis Januar 2012 aus. (Fotos: CEMEX Deutschland AG)

davon ganze 10.000 m³ für Bauteile in der zweithöchsten Sichtbetonklasse SB III. Denn nach dem Entwurf des Stuttgarter Architekturbüros Heinle, Wischer und Partner waren sämtliche Brüstungen, Stützen und Wände, die von außen durch die Glasfassaden und vom Lichthof aus zu sehen sein werden, mit Sichtflächen auszuführen. Was die Normalbetone anbelangt, kam ein Sortenmix von C8/10 bis C35/45 zur Einsatz, zum Beispiel in der Sauberkeitsschicht, in Decken und Unterzügen. Besonders bei den Sichtbeton-Betonagen war eine gründliche Abstimmung unerlässlich, betont Erwin Schedl, Gebietsleiter im Gebiet Ostbayern der CEMEX Deutschland AG: „Im Vorfeld haben wir zwölf Musterplatten mit verschiedenen saugenden Schalungen und Betonsorten hergestellt, und der Auftraggeber hat die am besten passenden Varianten ausgesucht.“

Donaukies mit Größtkorn 8, 16 oder 32 mm

Bild 1. 7.000 m³ Normalbetone und 10.000 m³ Beton für Sichtflächen lieferte die CEMEX Deutschland AG auf den Campus der Uni Regensburg.

Die Wahl fiel auf einen Beton der C30/37 XC4 XD1 XS1 XF1 F3 mit einem relativ hellen Standardzement: einem CEM II/B-M (S-LL) 42,5 N-AZ aus dem Zementwerk Rüdersdorf der CEMEX OstZement GmbH. Mit Hilfe des Betonzusatzmittels ISOLA BV/FM 71 der Admixtures GmbH des Herstellers, zugelassen als Betonverflüssiger und Fließmittel, stellten die Betontechnologen die richtige Konsistenz ein. Je nach Schlankheit der Bauteile kam ein Donaukies in verschiedenen Körnungen zum Einsatz, mit einem Größtkorn von 8, 16 oder 32 mm. Bauleiter Dipl.-Ing. (FH) Markus Stelzle: “Dank der guten Zusammenarbeit aller Beteiligten sind die Sichtbetonflächen perfekt gelungen.” Im kommenden Jahr wird der Innenausbau abgeschlossen, und die Regensburger Biologen werden in das Ausweichgebäude NWF West einziehen können – einen modernen Neubau, der den passenden Rahmen abgibt für Forschung und Lehre.

Weitere Informationen: CEMEX Deutschland AG, Theodorstraße 178, 40472 Düsseldorf, Tel. (02 11) 44 70-0, Fax (02 11) 44 70-16 01, kundenservice.de@cemex.com, www.cemex.de

Bild 2. Das „Ausweichgebäude NWF West für die Biologie“ wird die naturwissenschaftlichen Flächen der Biologie dauerhaft aufnehmen.

A16 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Lebendiger Sichtbeton mit geringem Aufwand ausgeführt An der Heilbronner Straße in Stuttgart errichtet die Gottlob Rommel GmbH & Co. KG den Neubau der bisher am Schlossgarten ansässigen Neckar-Realschule für rund 400 Schülerinnen und Schüler. Die Sichtbetonwände entstehen mit Doka-Trägerschalung FF100 tec. Der H-förmige Baukörper des kompakten dreigeschossigen Stahlbeton-Gebäudes mit zwischengelagerter Eingangs- und Erschließungshalle bindet an der Nord-Westseite in den bestehenden Hang ein. Im Sockelgeschoss befinden sich neben einem Atrium die Räume für den Ganztagesbereich sowie Fachklassenräume, Technikflächen und Nebenräume. In den beiden Geschossen darüber liegen die Klassenräume. Der Brutto-Rauminhalt beträgt 15.572 m³ bei einer Netto-Grundfläche von 3.529 m². Für ca. 3.000 m² der Wandflächen ist Sichtbeton SB 2 vorgeschrieben, mit einer leichten Oberflächenstruktur. Hier bestätigt sich ein gewisser Trend weg von steril und langweilig wirkenden, glatten Sichtbetonoberflächen hin zu lebendigeren Ansichten, z. B. mit einer feinen Holzmaserung. Ideal geeignet zeigen sich hierfür Doka-Dreischichtplatten, die auch den Wänden bei diesem Projekt Gestalt geben.

Perfekt passende Sichtbetonschalung amtlich

Die bauausführende Firma Rommel hatte ursprünglich geplant, für die Sichtbetonbereiche die Doka-Trägerschalung FF20 anzumieten. Eine nähere Betrachtung aller Rahmenbedingungen rückte jedoch die neue Doka-Trägerschalung FF100 tec ins Zentrum des Interesses: Ihre Elementhöhen und -breiten, die innenliegenden Ankerstellen in symmetrischer Anordnung, ihre gerin-

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A18 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Bild 1. Die Trägerschalung FF100 tec erzeugt ein hochwertiges Betonbild bis SB4 mit innenliegenden Ankern in symmetrischer Anordnung.

ge Anzahl von Ankern, die optimierten Verbindungsmittel und die freie Schalhautwahl passen perfekt zu diesem Bauvorhaben. Die vorgefertigten Standard-Elemente der Doka-Trägerschalung FF100 tec kombinieren die Vorteile einer Holzträgerschalung mit den Rastervorteilen einer Rahmenschalung. Sie bieten unbegrenzte Betoniergeschwindigkeit bis 3,60 m Betonierhöhe bei nur zwei Ankerstellen 20,0 und widerstehen auch dem hydrostatischen Druck von Betonen mit größerem Ausbreitmaß, wie F5 oder F6. Ihre hohe Steifigkeit und Belastbarkeit wird erreicht durch Verwendung des Verbundschalungsträgers I tec 20 mit seiner verringerten Durchbiegung. Die Träger sind über Anschweißlaschen an den Gurtungen aus FF100-Riegeln WU14 angeschraubt. Eine 25 cm-Rasterung wird mit nur wenigen Elementen mit logischen Elementbreiten erreicht. Dies optimiert Materialausnutzung und Baustellenlogistik, senkt Vorhaltemengen und vereinfacht die Planung. Verbesserte Elementverbinder mit optimierter Zug und Druckfunktion für höhere Dichte der Elementstöße und störungsfreien Einbau von Dichtbändern führen durch ihre einfache Handhabung zu einer Verkürzung der Schalzeit. Ein in die Außenecke integrierter Eckverstärkungswinkel sorgt für zuverlässiges Abdichten des Schalhautstoßes der Ecke. Die Doka-Trägerschalung FF100 tec beherrscht Ausgleiche bis 25 cm im 5 cm-Raster ohne Ausgleichslasche und Passbereiche bis 20 cm Breite ohne zusätzliche Anker.

Belegung nach Wunsch schnell verfügbar

Für den Neubau der Neckar-Realschule hat der Doka-Fertigservice rd. 350 m² vormontierte Trägerroste aus dem Mietpark kurzerhand mit Dreischichtplatten 3-SO im Format 2,50 × 1,00 m belegt. Dieses Verfahren hat den Vorteil einer raschen Verfügbarkeit, und spart die Vorlaufzeit für Vormontagen. Die Schalhaut wird dabei rückwärtig verschraubt, so dass sich keine Schraubenköpfe im Beton abdrücken – für höchste Ansprüche an die Betonoberfläche. Die Takteinteilung hat das Technische Büro der Doka-NL Stuttgart geplant. Dabei wird jeweils der nächste Takt einseitig zum Bewehren vorgestellt. Bautafel: Bauausführung: Gottlob Rommel GmbH & Co. KG, Stuttgart Schalungsberatung: Doka-NL Stuttgart Bauherr: Landeshauptstadt Stuttgart, Schulverwaltungsamt Projektleitung: Landeshauptstadt Stuttgart, Hochbauamt Planung: Architekturbüro Gerd Vöhringer, Stuttgart Bauleitung: KBK Architekten, Stuttgart Weitere Informationen: Deutsche Doka Schalungstechnik GmbH, Frauenstraße 35, 82216 Maisach, Tel. (0 81 41) 3 94-0, Fax (0 81 41) 3 94-61 83, Deutsche.Doka@doka.com, www.doka.de

Sichtbeton

Auf dem LogistikCampus der TU Dortmund werden die Kompetenzen in der technischen- und der Informationslogistik konzentriert und ausgebaut. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML entsteht ein interdisziplinäres Forschungszentrum für Logistik mit wissenschaftlichem und technischem Know-how. Den ersten Baustein bildet eine 60 m lange und 17 m breite Forschungshalle. Sie wurde im Sommer 2011 fertig gestellt. Der zweite Abschnitt, ein sechsstöckiges Institutsgebäude mit Hör- und Konferenzsaal, soll Mitte 2012 bezugsfertig sein und die Grundlagenforschung sowie die praxisbezogene, angewandte Forschung im Bereich der Logistik bündeln. Nach den Plänen des Büros Schuster Architekten aus Düsseldorf war die Bauunternehmung Gebrüder Lorenz aus Waltrop mit dem Rohbau beauftragt. Decken aus Sichtbeton SB 4 prägen das Institutsgebäude. Sechs Geschossdecken von jeweils 430 m² Größe waren in Sichtbeton zu erstellen. Ein Sichtbeton der sich sehen lassen kann, wird von den Faktoren Betoneigenschaften und Ausgangsstoffen sowie der Verarbeitung und Ausführung beeinflusst. SB 4 verlangt nach einer besonders guten gestalterischen Ausführung. Auf der 40 m² großen Musterfläche im Keller testete man sechs verschiedene Schalplatten. Das Sichtbetonteam entschied sich schließlich für den Typ Phenox NFO des Westag & Getalit AG, denn nur deren Ergebnisse konnten die Verantwortlichen überzeugen

Phenox NFO mit Nanobeschichtung

Die NFO-Schalungsplatten des westfälischen Holzwerkstoffspezialisten wurden auf Dreischichtplatten als Sparschalung sowie einer Unterkonstruktion aus Doka H 20 Trägern montiert und

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Sichtbeton zeigt Wissenschaftlern seine starke Seite

Bild 1. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML entsteht ein interdisziplinäres Forschungszentrum für Logistik mit wissenschaftlichem und technischem Knowhow auf dem LogistikCampus der TU Dortmund.

von hinten verschraubt, sodass sie nicht verrutschen konnten und das Fugenbild gewährleistet blieb. Verdichtet wurde konventionell mit Rüttelflaschen und Flaschenaufsätzen aus Kunststoff zum Schutz der Schalhaut. Gerd Ploeger, Fachberater des Schalhautproduzenten, hatte die Baustelle beraten. Sie forderte ca. 900 m² Plattenmaterial an. Phenox NFO 500 ist eine Großflächen-Schalungsplatte aus einem hochverdichtetem Holzwerkstoffträger, Filmbeschichtung beidseitig 500 g/m² NFO Spezialfilm braun. Die dauerhafte Imprägnierung des Films ermöglicht den Einsatz ohne Trennmittel, deshalb der Begriff no form oil. Phenox NFO 500 eignet sich für alle glatten, fugenarmen Betonoberflächen nach DIN 18202/3 mit erhöhten Anforderungen.

Sichtbeton zeigte seine beste Seite

Durch ihre Beschichtung hat die Oberfläche der Phenox eine filmartige Struktur, auf der nichts anhaften bleibt. Selbst Rost-

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Bild 2 u. 3. Das IML-Institutsgebäude ist ein Stahlbeton-Skelettbau. Für die Gründung waren 585 m³ und für die Geschossdecken 770 m³ Ortbeton erforderlich, die mit der Westag Phenox NFO (No Form Oil) Schalungsplatte in Form gebracht wurden. (Fotos: Westag & Getalit)

partikel der Bewehrungseisen, Dreck und Feuchtigkeit ließen sich vor dem Betonieren mit Wasser und Reinigungsmittel per Hochdruckreiniger entfernen. Die Schalhautoberfläche blieb glatt und sauber. Als Architekten und Bauausführende den C 30/37 Beton nach der Ausschalzeit von ca. vier bis sechs Wochen begutachteten, zeigte er sich wie erwartet von seiner starken Seite. Das IML-Institutsgebäude ist ein Stahlbeton-Skelettbau. Für die Gründung waren 585 m³ und für die Geschossdecken 770 m³ Ortbeton erforderlich. Fertigteile und Halbfertigteile kamen ebenfalls zum Einsatz.

Die tragenden Elemente in den Außenwänden sind als Scheiben bzw. Stützen ausgebildet. Die Dimensionierung der 0,30 m starken Geschoßdecken ergab sich aus der Spannweite und den Anforderungen der Bauteilaktivierung. Aufgrund der Bauteilaktivierung zur Beheizung des Gebäudes wurden die Decken in den Büros wie bereits erwähnt als unbehandelte Sichtbetonflächen ausgeführt. Die Erschließung des Gebäudes erfolgt von Süden. Das Erdgeschoss ist durch Hörsaal- und Seminarnutzungen geprägt. Ergänzend sind des Weiteren Einrichtungen wie Stuhllager, Sanitärräume, Foyerflächen mit kleiner Versorgungsküche angeordnet. Zwei Treppenhäuser und ein behindertengerechter Aufzug erschließen den Zweckbau. Ein offenes Treppenhaus schließt stirnseitig die Foyerzone ab. Der Saal mit dem Foyer ist ebenfalls als Skelettbau geplant. Im Randbereich und mittig über der Faltwand liegen Stahlbetonbalken. Die Ausfachungen im Bereich der Außenwände wurden massiv ausgeführt.

Fassadenmotive erinnern an Logistik

Farblich unterschiedlich ausgeführt wird die IML-Fassade. Die Basis bilden feingliedrige Profile. Dieses Material findet sich in anderer Form bereits an den Fassaden der bestehenden CampusGebäude und trägt dazu bei, dem Logistik Areal einen eigenständigen Ausdruck zu verleihen. Die Fassadenmotive aus abstrahierten Motiven der Logistik erinnern an Lager- und Regalsysteme und unterstreichen die Funktion des Hauses und ihre Zugehörigkeit zum LogistikCampus. Weitere Informationen: Westag & Getalit AG, Hellweg 15, 33378 Rheda-Wiedenbrück, Tel. (0 52 42) 17-0, Fax (0 52 42) 17-7 50 00, zentral@westag-getalit.de, www.westag-getalit.de

Mehrwert für alle Beteiligten – Plattform für den Zement- und Beton Unter dem Namen C³-Atelier hat die österreichische Filiale des Zementherstellers Holcim Ltd. kürzlich einen Treffpunkt aller geschaffen, die sich für das Thema Zement und Beton interessieren. Der Begriff „C³-Atelier“ leitet sich aus den Worten „cement, concrete, competence“ (=Zement, Beton, Kompetenz) ab und beschreibt die Aufgabe der Plattform. Mit ihr möchte Holcim einen Raum zum Austausch von Erfahrungen und Wissen bieten. Neue Erkenntnisse sollen nachhaltig in der Welt des Bauens verankert werden und die breite Akzeptanz von Zement und Beton fördern. Zu diesem Zweck hat Holcim Ltd. mitten in Wien eine knapp 300 m² große Fläche angemietet und ein modernes Tagungscenter mit angeschlossener Ausstellungsfläche eingerichtet. Getragen wird das Konzept von den beteiligten Unternehmen, die gegen einen Beitrag die Räumlichkeit nutzen können, um Fachveranstaltungen durchzuführen, Besprechungen abzuhalten und ihre Produkte zu präsentieren. Sie haben zudem den Vorteil, hier auf sehr einfache Weise genau ihre Zielgruppe anzusprechen. Denn die Plattform richtet sich speziell an Personen und Unternehmen, die sich für das Thema Zement und Beton interessieren – Architekten, verarbeitende Unternehmen, Anbieter von Systemlösungen, Sachverständige und Mitarbeiter von Prüflaboren. Damit bietet das C³-Atelier einen Mehrwert für alle Beteiligten. Um regelmäßig neue Interessenten in die Räume des C³-Ateliers zu locken, finden unterschiedliche Fachveranstaltungen und Seminare statt. In ihnen werden beispielsweise die Grundlagen der Betontechnologie erklärt oder Normen und Richtlinien erläutert. Organisiert wird dies von den Mitarbeitern der Holcim Wien bzw. von den beteiligten Unternehmen. A20 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Sichtbeton

Außenvibratoren im Einsatz für spanischen Hochgeschwindigkeitszug (AVE)

Im Auftrag des spanischen Bauministeriums und der spanischen Eisenbahngesellschaft ADIF entsteht hier gerade ein neuer Tunnel für den Hochgeschwindigkeitszug. Der Tunnel entsteht in offener Bauweise. Über die gesamte Tunnelstrecke werden zwei Tunnelschalwagen der Fa. DOKA eingesetzt. Die jeweils 15 m langen Schalwagen sind mit Außenvibratoren und Frequenzumformern von Wacker Neuson bestückt. Die insgesamt 104 Außenvibratoren und 16 Frequenzumformer werden auf der Innenseite des Tunnels eingesetzt. Sie verdichten die entstehende 75 cm dicke Tunnelwand und sorgen dafür, dass die später im Tunnel zu sehende Betonfläche perfekt verdichtet ist. „Wir haben uns bewusst für Außenvibratoren von Wacker Neuson entschieden, weil uns die erstklassige Qualität der Geräte überzeugt“, sagt Pablo Sañudo, Bauleiter der Firma Torrescámara. „Sie sind leicht, handlich, schnell zu befestigen und bringen dabei sehr gute Verdichtungsergebnisse.“ Dies kann auch das Team auf der Baustelle bestätigen. Insgesamt 40 Männer arbeiten in drei Schichten mit diesen Außenvibratoren. Alle Außenvibratoren des Herstellers zeichnen sich durch die hohe Qualität ihrer Bauteile aus. Dadurch sind sie extrem zuverlässig im Einsatz und haben eine sehr hohe Lebensdauer. Der drehzahlstabile und durchzugsstarke Elektromotor sorgt für erstklassige Verdichtungsergebnisse. Genau das, was

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2.056 km umfasst das derzeitige Streckennetz des spanischen Hochgeschwindigkeitsverkehrs auf Schienen – das größte seiner Art in Europa. Weitere 1.767 km u. a. für die Strecke Málaga – Antequera – Granada befinden sich gerade im Aufbau. Am fast 800 m langen Tunnelbau am Streckenstück Pena de los Enamorados ist auch Wacker Neuson beteiligt.

Die insgesamt 104 Außenvibratoren und 16 Frequenzumformer werden auf der Innenseite des Tunnels eingesetzt. Sie verdichten die entstehende 75 cm dicke Tunnelwand und sorgen dafür, dass die später im Tunnel zu sehende Betonfläche perfekt verdichtet ist. (Foto: Wacker Neuson)

Pablo Sañudo auf seiner Baustelle braucht. Aber auch der Service und die Beratung der spanischen Kollegen hat ihn überzeugt: „Die Betreuung durch Vertrieb Wacker Neuson Spanien ist erstklassig. Da haben wir kompetente Ansprechpartner gefunden, die uns mit Rat und Tat zur Seite stehen, wenn es nötig ist.“ Weitere Informationen: Wacker Neuson SE, Preußenstraße 41, 80809 München, Tel. (0 89) 3 54 02-0, Fax (0 89) 3 54 02-3 90, infoline@wackerneuson.com, www.wackerneuson.com

Ideen in Sicht Wir entwickeln nicht nur Zement. Wir entwickeln Ideen. Ideen, die Beton zu dem visionären Baustoff unserer Zeit machen. Mit Sichtbeton kommen sie ans Tageslicht. Mit der Erfahrung von über 160 Jahren bietet die SCHWENK Zement KG heute eine umfassende Produktpalette unterschiedlichster Zemente, hergestellt in ökonomisch wie ökologisch vorbildlichen Produktionsprozessen. Sie ermöglichen Planern anspruchsvolle Aufgaben zu meistern und Architekten Visionen zu realisieren.

SCHWENK Zement KG Hindenburgring 15 · 89077 Ulm Telefon: (07 31) 93 41-4 09 Telefax: (07 31) 93 41-3 98 Internet: www.schwenk-zement.de E-Mail: schwenk-zement.bauberatung@schwenk.de

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Bild 1. Nationalstadion in Warschau (Bild: Alpine)

Hohlkörpermodule machen Stadiondecken leichter Leichte Hohlkörper aus Kunststoff ersetzen bei der Cobiax Technologie den schweren Beton im inneren einer Stahlbetondecke genau dort, wo er statisch nicht erforderlich ist. Das statische System (ein- oder mehrachsig gespannt), die Tragfähigkeit und das äußere Erscheinungsbild der Deckenkonstruktion bleiben dabei unverändert. Die so erzielte Betonbzw. Gewichtseinsparung von bis zu 35 % wirkt sich nachhaltig positiv auf die gesamte Tragstruktur und Materialeffizienz eines Gebäudes aus. Rechtzeitig zur UEFA Fußball EM 2012 in Polen und in der Ukraine wurde das Nationalstadion in Warschau fertig gestellt und am 29.01.2012 offiziell mit einer großen Feier eröffnet. Hier finden am 8. Juni das Eröffnungsspiel zwischen dem Gastgeberland Polen und dem Europameister 2004, Griechenland und

A22 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

noch zwei weitere Vorrundenspiele, ein Viertelfinale und ein Halbfinale, statt. Das Stadion am Ufer der Weichsel mit 4 unterirdischen und 6 oberirdischen Geschossen und einem Raumvolumen von ca. 1 Mio. m3 bietet Platz für 58.000 Zuschauer. Außerhalb der Zuschauerränge ist auf 8 Ebenen eine kommerzielle Fläche eingerichtet, wo untere anderem Büros, Konferenzräume und Restaurants untergebracht sind. Unterhalb des Spielfeldes befindet sich auf 2 Ebenen eine Tiefgarage.

Gründung auf ca. 15.000 Pfählen und Säulen verschiedenster Art

Generalplaner des Stadionneubaus ist eine Konsortium aus den Architekturbüros JSK Architektci Sp. z o.o, gmp Architekten von Gerkan, Marg und Partner, sowie dem Ingenieurbüro Schlaich Bergermann und Partner. Die Hochbauarbeiten wurden von den Firmen Alpine, PBG und Hydrobudowa ausgeführt. Das Haupttragwerk des Stadions besteht im Wesentlichen aus einer Stahlbetonkonstruktion und der Stahl-/Seilkonstruk-

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TERMINGERECHT Bild 2. Herstellung der Stahlbetondecken des Nationalstadions mit Halbfertigteilen in Kombination mit Cobiax Hohlkörpermodulen

HERGESTELLT

Bild 3. Deckenquerschnitt mit Cobiax Hohlkörpermodulen in Kombination mit Halbfertigteilen

tion des ausfahrbaren Stadiondaches. Auf Grund der gegebenen geologischen Bedingungen musste die komplette Konstruktion auf ca. 15.000 Pfählen und Säulen verschiedenster Art gegründet werden.

Hohlkörperdecken

Um die Verformung, den Betonstahlgehalt und das Eigengengewicht der Stahlbetondecken zu reduzieren und somit die gesamte Tragkonstruktion, insbesondere die Pfahlgründung, zu optimieren, wurden in große Teile der Geschossdecken Cobiax Hohlkörpermodule integriert. Ca. 152.000 m2 der 40 cm dicken Stahlbetondecken des Nationalstadions wurden als sogenannte Cobiax Hohlkörperdecken ausgeführt. Zum Einsatz kam der Hohlkörpertyp Slim-Line S-180 der aus terminsichernden Gründen mit Halbfertigteilen kombiniert wurde. Bei dieser Kombination werden die Halbfertigteile unabhängig von Cobiax auf die Baustelle geliefert und montiert. Nach dem Verlegen der unteren Querbewehrung auf den Halbfertigteilen erfolgt der Einbau der Cobiax Hohlkörpermodule vor Ort auf der Baustelle. Der Bewehrungskorb der Hohlkörpermodule dient gleichzeitig als Unterstützungskorb für die oberen Bewehrungslagen. Durch das Verbinden der oberen Bewehrungslagen mittels S-Haken an die Gitterträger der Halbfertigteile kann der Aufbeton ohne Auftriebsgefahr der Hohlkörper in einem Arbeitsgang eingebracht werden. Das geringere Betonnage-Gewicht durch die Verwendung von Cobiax Hohlkörpermodulen wirkt sich zusätzlich posi-

Kevin (54) und seinem Unternehmen gelingt es, Betonfertigteile termingenau zu produzieren. Planung und Detaillierung integriert mit der Fertigung und Projektverwaltung ermöglichen die Kontrolle über den ganzen Bauprozess vom Verkauf bis zur fehlerfreien Montage und effektiven Änderungsverwaltung. Durch die Arbeit an ein und demselben Tekla-Modell stehen allen Partnern die aktuellsten Baudaten zur Verfügung, in Echtzeit. Tekla Structures BIM (Building Information Modeling)Software bietet eine datenintensive 3D-Umgebung, die von Bauunternehmern, Planern, Konstrukteuren und Fertigungsbetrieben sowohl im Stahl- als auch Betonbau gemeinsam genutzt werden kann. Tekla ermöglicht besseres Bauen und eine optimale Integration bei Projektmanagement und -auslieferung.

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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samtkosten des Warschauer Nationalstadions erheblich gesenkt werden. Cobiax Hohlkörper bestehen zu 100 % aus rezykliertem Kunststoff. So ermöglicht die durch Cobiax erreichte Beton- und Betonstahleinsparung zusätzlich zum technischen und wirtschaftlichen Nutzen noch eine Reduzierung des CO2 Ausstoßes um ca. 2.880 t und schont so die Umwelt. Weitere Informationen: Cobiax Technologies GmbH, Otto-von-Guericke-Ring 10, 65205 Wiesbaden, Tel. (0 61 22) 9 18 45 00, Fax (0 61 22) 9 18 45 40, info.germany@cobiax.com, www.cobiax.com

Bild 4. Anordnung der Hohlkörpermodule zwischen den Gitterträgern

Fachwissen für die Befestigungstechnik Das Schulungsprogramm für die zweite Jahreshälfte 2012 von HECO liegt vor. Ab Juli können sich Planer, Händler und Verarbeiter wieder in der HECO-Akademie zu Themen der Befestigungstechnik weiterbilden. Grundlagenschulungen bilden dieses Mal einen Schwerpunkt im Seminarangebot.

Bild 5. Bündel mit Cobiax Hohlkörpermodulen beim Entladen mit einem Betonäquivalentgewicht von ca. 13 Tonnen (Fotos: 1 Alpine, 2–5 Cobiax)

tiv auf die Jochabstände bei der Montage bzw. auf die Gitterträgergeometrie der Halbfertigteile aus.

Gesamtkosten gesenkt, Umwelt geschont

Durch die Anwendung der Cobiax Technologie konnten ca. 13.700 m3 Beton und somit 342.500 kN an Eigenlast eingespart werden. Diese Lastreduktion hat zu einer bedeutenden Optimierung der gesamten Tragkonstruktion, insbesondere der Pfahlgründung, beigetragen. Da Stahlbetondecken mit integrierten Cobiax Hohlkörpermodulen im direkten Deckenvergleich kostenneutral bzw. günstiger als massive Stahlbetondecken sind, konnten durch die Anwendung der Cobiax Technologie die Ge-

Auch im kommenden Semester greift HECO auf sein bewährtes Schulungskonzept zurück und bietet neben Grundlagenschulungen themenbezogene Fachseminare an. Die zweitägigen Basisseminare beleuchten das gesamte HECO-Sortiment und vermitteln die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Produkte sowie deren Vorteile. “Unsere Grundlagenschulungen sind inzwischen sehr begehrt, weshalb wir die Anzahl der Termine für kommendes Semester verdoppelt haben”, erklärt Enno Frerichs HECOAnwendungsberater und Produkttrainer das erweiterte Basis-Angebot. Die eintägigen Fachseminare führen die Basisschulungen weiter und greifen spezielle Anwendungen, wie zum Beispiel Aufdachdämmungen, Fassaden- und Holzbaubefestigungen sowie die Dübeltechnik auf. Hier erfahren die Teilnehmer vertiefende Details zur Planung und Umsetzung. “Ein wichtiger Bestandteil in allen unseren Workshops ist neben der Theorie ein ausführlicher Praxisteil mit intensiven Produkttrainings, da wir den Teilnehmern möglichst viele Tipps für ihre tägliche Arbeit mitgeben wollen”, so Frerichs. Daher bietet HECO zusätzlich Einzelseminare zur Arbeit mit der Bemessungssoftware HCS 3.0. an. Das aktuelle Programm finden Interessierte im Internet unter www.heco-schrauben.de im Servicebereich. Darüber hinaus kann die gedruckte Broschüre kostenlos im Fachhandel oder unter info@heco-schrauben.de angefordert werden. Weitere Informationen: HECO-Schrauben GmbH & Co. KG, Dr.-Kurt-Steim-Straße 28, 78713 Schramberg, Tel. (0 74 22) 98 90, Fax (0 74 22) 98 92 00, info@heco-schrauben.de, www.heco-schrauben.de

A24 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Mailänder „Wald“ wächst jede Woche zwei Meter in die Höhe

Der italienische Architekt Stefano Boeri geht mit seinem Konzept eines ökologischen Hochhauses in Sachen Umwelt- und Klimaschutz ganz eigene, an die Natur angepasste Wege. Der Bauwerkskomplex „Il Bosco Verticale“ besteht aus einem elfstöckigen Bürogebäude und zwei Wohnhochhäusern mit 18 und 26 Etagen. Die Besonderheit der beiden Wohnbauten mit 87 m und 119 m Höhe sind die massiven Balkone, die später mit Bäumen bepflanzt werden – einem vertikalen Wald mitten in Mailand. Insgesamt 120 große und 544 mittlere Bäume sowie über 4.000 Büsche und Sträucher übernehmen die wichtige Rolle eines Waldes bei Kohlendioxidreduktion und Sauerstoffproduktion. Darüber hinaus dient die Bepflanzung den künftigen Bewohnern als Schutz gegen Lärm und Staub, im Sommer schatten die Baukronen die Wohnungen gegen die direkte Sonneneinstrahlung ab, im Winter lassen sie die tiefer stehende Sonne durch – sie regulieren somit das Klima zu jeder Jahreszeit.

Nur zehn Tage pro Geschoss

Um das Gebäudeensemble trotz seiner ungewöhnlichen Architektur in dem straff vorgegebenen Bauzeitenplan herstellen zu können, erarbeiteten die italienischen PERI Ingenieure ein maßgeschneidertes Schalungs- und Gerüstkonzept – insbesondere für die an allen vier Seiten auskragenden Balkone und die Geschossdecken bei einer Regelgeschosshöhe von 4 m. Deren Pro-

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Die unregelmäßig auskragenden, massiven Stahlbetonbalkone des Mailänder Gebäudeensembles „Il Bosco Verticale“ werden mit unzähligen Bäumen und Sträuchern bepflanzt. Trotz der Einzigartigkeit der Architektur lassen sich aber die Geschosse mit Hilfe der PERI Schalungs- und Gerüstlösung mit äußerst schnellen Taktfolgen realisieren.

Bild 1. Die beiden Wohntürme von „Il Bosco Verticale” sind Teil des ökologischen Hochhauskonzepts aus der Feder des italienischen Architekten Stefano Boeri

jektlösung auf Basis der RCS Schienenklettertechnik und des PERI UP Gerüstsystems sowie die Einbeziehung der kundeneigenen SKYDECK Paneel-Deckenschalung resultieren in äußerst schnellen Taktfolgen: Pro Geschoss werden nur zwölf Tage benötigt.

Kombinierte Baukastensysteme

Die massiven, 28 cm starken Stahlbetonbalkone mit 1,30 m hohen Brüstungen kragen auf allen vier Gebäudeseiten jeweils 3,35 m aus, sie werden später mit den Bäumen und Sträuchern bepflanzt. Eine große Herausforderung auch die unregelmäßige Anordnung der Balkone – durch sie soll eine natürliche Optik

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Bild 2. Massive, 28 cm starke Stahlbetonbalkone kragen unregelmäßig auf allen vier Gebäudeseiten jeweils 3,35 m aus. Sie werden später mit Bäumen und Sträuchern bepflanzt, sodass ein vertikaler Wald entsteht

Bild 4. Die italienischen PERI Ingenieure kombinieren mietbare Baukastensysteme zu einer projektspezifisch maßgeschneiderten Schalungs- und Gerüstlösung

Bild 5. Auskragende Fachwerke aus mietbaren PERI VARIOKIT Systembauteilen tragen die Frischbetonlasten der Balkone und nehmen gleichzeitig die RCS Schutzwandkonstruktion für die obersten zwei Geschosse auf (Fotos: PERI GmbH) Bild 3. Eine RCS Schutzwand dient der Einhausung der obersten zwei Geschosse – das erhöht die Sicherheit und beschleunigt die Arbeitsabläufe

erzielt und genügend Raum für die Bepflanzung geschaffen werden. Auskragende VARIOKIT Fachwerke aus mietbaren PERI Systemteilen tragen die Frischbetonlasten der Balkone ab, darüber hinaus kombinieren die PERI Ingenieure die Fachwerkrüstung mit der RCS Schutzwandkonstruktion. Diese dient als Einhausung und Absturzsicherung der jeweils obersten zwei Geschosse, was Sicherheit und Arbeitsleistung des Personals zugleich steigert. Mit Hilfe der Umsetzmethode – mittels Kran und einer elektrischen Seilwinde – lassen sich komplette Einheiten aus dem Gebäude ziehen und am nächsten Einsatzort positionieren. So können innerhalb eines halben Tages alle 18 Einheiten, somit also eine komplette Etage umgesetzt werden. Anschließend werden die Schachtbühnen und Traggerüsttürme für den nächsten Höhenabschnitt eingerichtet. Aufgrund der unregelmäßigen Anordnung der Balkone sind die Lasten oftmals über mehrere Stockwerke hinweg abzutragen, insbesondere an den Gebäudeecken. Hierfür kommen Traggerüsttürme auf Basis des PERI UP Rosett Modulgerüstsystems A26 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

zum Einsatz. Dieses ist flexibel anpassbar an die unterschiedlichen Unterstützungshöhen zwischen 3,72 m und 23,72 m. In den Zwischengeschossen dienen Ausfahrbühnen – ebenfalls auf Basis des RCS Baukastensystems – zum Umsetzen von Baumaterial mit Hilfe des Krans. Diese kragen 6,35 m über den Gebäuderand aus und sind so konzipiert, dass der Bühnenrand mit bis zu 20 kN belastet werden kann.

Aus Industriebrachen werden Wohn- und Bürogebäude

Der ökologische Hochhauskomplex „Il Bosco Verticale” ist Bestandteil des Mailänder Städtebauprojekts „Porta Nuova“. Wo bisher alte Industrieanlagen brachlagen, entstehen nun auf über 330.000 m2 moderne Wohn- und Bürogebäude, Hotels sowie Versammlungs- und Kulturzentren – weitgehend autofrei und ausgestattet mit großzügig angelegten Grünanlagen.

Weitere Informationen: PERI GmbH – Schalung Gerüst Engineering, Rudolf-Diesel-Straße, 89264 Weißenhorn, Tel. (07309) 950-0, Fax (07309) 951-0, info@peri.de, www.peri.de

Mehrere Alternativen zu Portland-Zement in Startlöchern Öko-Zement hat das Potenzial, sich in Zukunft zu einem wichtigen Bestandteil des nachhaltigen Bauens zu etablieren, so der Materialforscher Alex Moseson von der amerikanischen Drexel University. Er präsentiert eine Zementart, die in der Erzeugung kein Brennen erfordert und deshalb bis zu 97 % weniger CO2-Ausstöße verursachen soll als das herkömmliche Bindemittel. Dazu seien die Ausgangsstoffe um 40 % billiger und dennoch qualitativ ebenbürtig. Kommerzialisiert wird das Produkt derzeit in Indien. Mit den Baubooms in Schwellenländern explodieren auch die CO2-Ausstöße im Bau: Bereits 5 % des menschenverursachten CO2 gehen alleine auf die Zementproduktion zurück. Verantwortlich für die Umweltkosten ist vor allem der Energieaufwand der sogenannten „Portland-Methode“ der Zementerzeugung: Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz werden dafür bei hohen Temperaturen zu Klinker gebrannt und mit Gips zum fertigen Zement vermahlen. Mosesons Zementvariante basiert auf ungebranntem Kalkstein, dem Alkali-Chemikalien und Hochofenschlacke – ein Nebenprodukt der Stahlerzeugung – beigemengt werden.

Nicht für alle Zwecke geeignet

„Für normale Bauwerke kann derartiger Zement durchaus mithalten – möglicherweise jedoch nicht für Spannbeton oder Betonieren bei Frost“, urteilt Robert Emler vom Lehrstuhl für Gesteinshüttenkunde an der österreichischen Montanuniversität Leoben. Die Qualität sei nahezu ebenbürtig, allerdings dürften die zur Aktivierung eingebrachten Alkalien nachträglich durch

den Kontakt des Betons mit Wasser ausgewaschen werden, was zu sogenannten „Ausblühungen“ führt. Zudem müsse ein pHWert von über zwölf sichergestellt sein, um eine Korrosion des Bewehrungsstahls zu verhindern. Portland-Zement wird in seiner Hauptphase auf 1.450 °C erhitzt. Alternativ dazu gibt es bisher das Konzept der Belit-Zemente, die mit niedrigeren Temperaturen um 1.250 °C auskommen, wenngleich das Endprodukt langsamer erhärtet und somit in der Anwendung länger trocknen muss. „Ein völliges Weglassen der Erhitzung ist für die Umwelt ideal. Allerdings erfordert auch die Schlacke-Gewinnung bei der Stahlerzeugung eine Hochofen-Temperatur von 1.800 °C, was dem CO2-Fußabdruck aufzurechnen wäre“, betont Emler. Da die begrenzt vorhandene Schlacke bereits heute vollständig genutzt wird, überlegt die EU ohnehin, sie statt Abfall als eigenes Produkt zu definieren.

Schlacken-Zement bereits auf dem Markt

Die US-Forscher stellen ihr Produkt als Anknüpfung an Bindemittel des antiken Roms dar. Portland-Alternativen gibt es jedoch bereits mehrere, auch auf dem europäischen Markt. Einer der Pioniere ist der österreichische Zementhersteller Wopfinger Baustoffindustrie: Sein 2002 eingeführtes Produkt „Slagstar“ basiert vorwiegend auf gemahlener Hochofenschlacke sowie sulfatischen Anregern und alkalischen Zusätzen. Dem Hersteller zufolge sind auch hier 90 Prozent CO2-Einsparungen möglich, was konkret bis zu 200 Tonnen CO2 weniger pro 1.000 m³ Beton ausmacht. Trotz der Einführung von CO2-Zertifikaten im Bau verläuft die Neupositionierung langsam, berichtet Slagstar-Produktmanager Dietmar Treiber. „Aufgeschlossene Auftraggeber und Architekten erkennen mittlerweile das Potenzial von Öko-Beton, grundsätzlich ist die Baubranche aber eher vorsichtig gegenüber

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Universal-Alternative

Einen anderen Ansatz verfolgt der Öko-Zement der deutschen Celitement GmbH. Er enthält den gleichen Klebstoff wie Portland-Zement, wird aber durch Kochen in Wasser bei 200 °C hergestellt und anschließend mit Sand vermahlen. „Das Produkt kommt ohne Schlacke aus und ist dennoch ebenso universell einsetzbar wie herkömmlicher Zement. Der Aufwand für die Normierung und Zulassung ist allerdings erheblich“, so Celitement-Miterfinder Peter Stemmermann vom Karlsruher Institute of Technology. Rund 15 Jahre dürfte es noch dauern, bis derartige Technologien im Massenmarkt eine wesentliche Rolle spielen, schätzt der Experte. Weitere Informationen: Wopfinger Baustoffindustrie GmbH, 2754 Waldegg/Wopfing, Österreich, Tel. +43 (0)2633-400 0, Fax +43 (0)2633-400 266, office@wopfinger.baumit.com, www.wopfinger.at sowie: Celitement GmbH, Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Tel. (0 72 47) 95 46 716, info@celitement.de, www.celitement.de

Bild 1. Tekla BIMsight erkennt Konstruktionsfehler und ermöglicht den Informationsaustausch zu Bauteilen und -gruppen.

Erleichterte Kommunikation zwischen allen Projektbeteiligten

Das Modell erleichtert die Kommunikation zwischen allen Projektbeteiligten und ermöglicht das Kommentieren von Bauteilen oder -gruppen sowie die Kollisionskontrolle bereits in der Planungsphase. Gleichzeitig ist die Software dank umfangreicher Filterfunktionen einfach zu bedienen. Sie eignet sich daher selbst für Nutzer, die noch keine Erfahrung im Umgang mit Bausoftware haben. Neben seinen Kontroll- und Kommunikationsfunktionen erlaubt Tekla BIMsight auch, Änderungen zu verwalten, Aufgaben zuzuweisen und Eigenschaften von Teilen, wie Profil, Materialqualität und Abmessungen, abzufragen. Die Software unterstützt eine Vielzahl an Dateiformaten unterschiedlicher BIM-Programme sowie offene Standards (wie das IFC-Format*), sodass die Zusammenarbeit auch plattformunabhängig funktioniert.

Kostenlose BIM-Software jetzt auch auf Deutsch verfügbar

Bessere Präsentationsmöglichkeiten

Mit der Version 1.5 stellt Tekla seine preisgekrönte BIM-Software (Building Information Modeling) Tekla BIMsight auch in Deutschland vor. Die intuitiv zu bedienende Software für modellbasierte Projektzusammenarbeit bündelt alle Projektinformationen in einem Modell und macht sie einem großen Nutzerkreis zugänglich. Tekla BIMsight führt die Teilmodelle eines Bauprojektes in einem Gesamtmodell zusammen und kombiniert alle notwendigen Gebäudeinformationen von Architekten, Ingenieuren und Konstrukteuren – ganz gleich, in welchem CAD-Programm sie ursprünglich erstellt wurden.

Überarbeitete Nutzeroberfläche mit intuitiven Icons, die bei der Nutzung des Programms über eine Touch-Oberfläche automatisch größer dargestellt werden und somit leichter auszuwählen sind. Mit dem Vollbildmodus bietet die neue Version außerdem noch bessere Möglichkeiten zur Präsentation von Modellen und Slideshows. Tekla BIMsight kann sowohl am Desktop-PC im Büro als auch auf Windows-Tablet-Computern auf der Baustelle eingesetzt werden. * Industry Foundation Classes (IFC) sind ein offenes Dateiformat der Initiative buildingSMART und ermöglichen den Austausch von Modelldaten zwischen verschiedenen BIM- und CAD-Programmen.

Den großen

Stellenmarkt

sowie Weiterbildungsangebote finden Sie am Ende jeder Ausgabe

Karriere im Bauingenieurwesen Stellenangebote & Weiterbildung

auf Fachpersonal

hohem

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neuen Technologien. Dazu kommt, dass die Herstellungskosten aufgrund der benötigten Zusätze über jenen von Portland-Zement liegen.“ Einsatzgebiete liegen bisher im Spezialtiefbau, bei Biogas- und Kläranlagen sowie bei Hochbauten zur Besserung der CO2-Gebäudebilanz.

Niveau

weitere Angebote: www.ernst-und-sohn.de/stellenmarkt

A28 Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Bild 2. Die neue, intuitiv bedienbare Nutzeroberfläche ist auch für den Einsatz auf dem Tablet optimiert.

Bild 3. Die kostenlose BIM-Software Tekla BIMsight ist jetzt auch auf Deutsch verfügbar. (Abb. Tekla)

„Bereits die englische Version von Tekla BIMsight hat alle unsere Erwartungen übertroffen. Daher haben wir uns entschlossen, Tekla BIMsight auch in anderen Sprachen bereitzustellen und die Vorteile von Building Information Modeling einem noch größeren Nutzerkreis zugänglich zu machen. Auf diese Weise möchten wir nicht nur die Projektzusammenarbeit verbessern, sondern auch offene Softwarestandards im Building Information Modeling unterstützen“, erklärt Ville Kyytsönen, Tekla BIMsight Business Manager.

suche damit einem erweiterten Nutzerkreis zur Verfügung. Die Sprachen sind direkt im Softwarepaket integriert und müssen nicht zusätzlich heruntergeladen werden, die Sprachauswahl lässt sich einfach in den Einstellungen der neuen Version ändern. Tekla BIMsight wurde Anfang 2011 zunächst in einer englischsprachigen Version vorgestellt und wird bereits von Ingenieuren und Konstrukteuren in 155 Ländern genutzt.

In vielen weiteren Sprachen verfügbar

Tekla BIMsight ist neben Deutsch nun auch in Französisch, Spanisch, Chinesisch und Japanisch verfügbar und stellt seine Funktionen für effizientere Projektkommunikation und Fehler-

Weitere Informationen und Videos: Tekla GmbH, Maria Rink, Rathausplatz 12–14, 65760 Eschborn, Tel. (0 61 96) 47 30-8 30, Fax (0 61 96) 47 30-8 40, maria.rink@tekla.com, www.tekla.com, www.teklastructures.com, www.teklabimsight.com

„Schneller und einfacher haben Sie noch nie geplant!“ Der „Planungsatlas für den Hochbau“ bietet über 750 Planungsdetails mit ca. 7,5 Mio. Variationen und ermöglicht den Entwurf bauphysikalisch optimierter Konstruktionen. – Ausschreibungstexte – Konstruktionszeichnungen – Gleichwertigkeitsnachweise nach Beiblatt 2 – Temperaturbilder

Informieren Sie sich gleich unter www.beton.org/planungsatlas

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Schule in der Box Ein eigenes Dach über dem Kopf zu haben gilt gemeinhin – und besonders für Studenten – als erstrebenswert. In Lingen (Ems) jedoch ist es eine ganze Fachhochschule mit neun Gebäuden für 2.000 Studenten, die es sich unter einem einzigen Dach bequem macht – dem einer denkmalgeschützten Halle, die ursprünglich für die Ausbesserung von schweren Dampflokomotiven gebaut war. Zwei innerstädtische Problemstellungen in Lingen (Ems): Einerseits eine hinderliche und aufwändige, weil zerrissene Struktur der einzelnen Kleinstandorte der FH Osnabrück, andererseits der Verbleib und die Nutzung einer sehr großen, seit 1985 nicht mehr benutzten, doch unter Denkmalschutz stehenden Eisenbahn-Ausbesserungshalle am Bahnhofsgelände. Die Lösung: Die Halle komplett und aufwändig renovieren und damit Raum schaffen, um 9 Einzelgebäude für 2.000 Studenten in dieser unterzubringen.

Die Eisenbahn-Ausbesserungshalle

Gebaut zwischen 1915 und 1919, ist die dreischiffige Halle insgesamt 200 m lang, 56 m breit und bis 15 m hoch. Sie besteht aus 17 Feldern und war, nachdem sie 1985 stillgelegt und 2001 von der Stadt Lingen erworben wurde, mit Gleisen, zahlreichen Einbauten, darunter schwerste Krananlagen, Installationen sowie Sperrmüll zugestellt. Schon 1998 wurden andere Teile der Bahnanlage einer neuen Nutzung zugeführt. Der von Lingen zusammen mit der FH Osnabrück ausgelobte Architekturwettbewerb wurde von PlanConcept Architekten aus Osnabrück gewonnen. 2009 endlich begannen die Entrümpelung und die zuvor europaweit ausgeschriebene komplexe Sanierung. Dabei kam auch das seinerzeit größte Rollgerüst Europas zum Einsatz. Etwa 7.000 m² Betondecken wurden rückgebaut, die Altlasten im sandigen Boden entfernt. Eine besondere Aufgabe war die Sanierung von ebenfalls 7.000 m² Glasdachkonstruktionen, wobei die Tragkonstruktion vollständig erhalten blieb. Auch die bis 100 t tragfähigen Krananlagen blieben bestehen, jedoch ohne Funktion. Nach 1,5 Jahren Sanierung und 12 Mio. € Kosten strahlt der wilhelminische Klinkerbau mit der markanten Dachkonstruktion wieder neuen Charme aus.

Rohbau

Nachdem die Halle entkernt und die Hülle saniert war, begannen am 14. Februar 2011 die Rohbauarbeiten an den neun unterschiedlichen Gebäuden, die teils unterkellert und bis zu drei

Bild 2. Die anspruchsvollen Fundamentarbeiten wurden mit der Hofschöer-firmeneigenen RASTER Universalschalung erstellt. (Fotos: Paschal)

Obergeschossen hoch sind. Bauausführendes Unternehmen ist die Hofschröer GmbH & Co. KG aus Lingen, die Bauleitung hat Assmann Beraten+Planen GmbH (Münster) inne. Die Bausumme macht weitere 30 Mio. € aus. Die – weil in unmittelbarer Nähe der Hallenfundamente – ingenieurtechnisch anspruchsvolle Flachgründung erfolgte unter Wasserhaltung in bis zu 1,80 m Tiefe mittels Einzelfundamenten. Es wurden hierbei die RASTER Universalschalung von PASCHAL sowie Beton der Klasse C25/30 verwendet. Die langgestreckte Halle hat an ihren schmalen Enden jeweils ein großes Tor, durch das Mobilkräne und andere bis mittelgroße Baustellenfahrzeuge einfahren können. Die alte Hallenkonstruktion ist ungedämmt und hat keine Klimahülle, sodass die zu erstellenden Gebäude energetisch eigenständig sein müssen. Da die Zufahrtsmöglichkeiten erhalten bleiben sollten, wurden die – größtenteils in Skelettbauweise erstellten – Gebäude an den jeweiligen Enden der Straße aufgeständert. Außerhalb der Halle werden zwei weitere kleinere Gebäude errichtet.

Betonbau

Insgesamt galt es zu schalen: 1.200 m² Streifenfundamente, 1.500 m² Aufzugschächte, 12.600 m² tragende Innenwände. Als Wandschalung wurde die Logo.3 von PASCHAL eingesetzt, die in den beengten Verhältnissen ihre Vorteile ausspielen konnte, da sie vergleichsweise flach und leicht ist, dennoch stabil und bis zu 70 kN/m² Frischbetondruck aufnehmen kann. Es kamen Elementhöhen bis zu 3,40 Meter in den Einsatz. Die Bauleitung zeigte sich mit den Ergebnissen sehr zufrieden. Die Eingangsportale, deren Stützen sowie die etwa 30 Rundstützen wurden alle in perfekter Sichtbeton-Optik ausgeführt. Die W. HOFFSCHULTE Nachf. Kassens GmbH & Co. KG (Meppen) lieferte die Schalpläne; die Wandschalung lieferten Hoffschulte sowie die PASCHAL-Niederlassung Gifhorn, welche auch den Schalungs-Fachberater stellte. Die Rohbauarbeiten wurden im Herbst 2011 pünktlich abgeschlossen. Etwas zeitversetzt wurde auf der Straße gegenüber ein Studentenwohnheim errichtet; eine Mensa befindet sich in Planung. Im Juni 2012 soll das Gebäude schlüsselfertig sein; der Studienbetrieb wird im September 2012 aufgenommen werden. Dipl.-Geol. Frank G. Gerigk

Bild 1. Im Inneren der großen, wilhelminischen Eisenbahn-Ausbesserungshalle wurden neun mehrstöckige Gebäude für 2.000 Studenten errichtet. Mobilkräne brachten die Beton-Systemschalung LOGO.3 an ihren Platz.

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Weitere Informationen: PASCHAL-Werk G. Maier GmbH, Kreuzbühlstraße 5, 77790 Steinach, Tel. (0 78 32) 71-0, Fax (0 78 32) 71-2 09, service@paschal.de, www.paschal.de

Aktuell

Skylabs Heidelberg: Schalungsunterstellung für auskragende Stockwerke www.ingpages.de

Wenn beim Schalen hohe Lasten an Deckenrändern abzutragen sind, gibt es für die Unterstellung häufig mehrere technische Möglichkeiten. Bei genauer Betrachtung aller beeinflussenden (Baustellen)Faktoren kristallisiert sich allerdings meist ein Favorit heraus. So auch beim Bau des von Fischer Architekten geplanten neunstöckigen Skylabs-Towers in Heidelberg, bei dessen Herstellung die Lasten aus drei auskragenden Stockwerken sicher abgeleitet werden mussten. Die Rohbauer um Hochtief-Bauleiter Jörg Müller haben es geschafft: Nach arbeitsreichen Wochen feierte Heidelberg am 16. September 2011 das offizielle Richtfest von Skylabs, dem ersten Gebäudekomplex des neuen Wissenschafts- und Forschungscampus im neuen Heidelberger Stadtteil Bahnstadt. Wo früher Güterzüge rollten, entstehen auf 116 ha eines ehemaligen Rangier- und Güterbahnhofs Wohnraum für 5.000 Menschen und mehr als 7.500 Arbeitsplätze in Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen, Büro- und Gewerbebauten. 22.500 m2 Bruttogeschossfläche umfassen die drei Skylabs-Bauten: die beiden fünfgeschossigen Gebäudeteile Block und Spine sowie der neungeschossige Tower. Seit Frühjahr 2010 ist der Büro- und Laborgebäudekomplex mit Tiefgarage im Bau.

Schal- und Gerüstlösungen als effiziente Zeitsparer

Die Hochtief Solutions AG setzte die von Harsco Infrastructure entwickelten Schal- und Gerüstlösungen ein, die sich als effiziente Zeitsparer herausstellen sollten. Als Deckenschalung kam beispielsweise eine Kombination aus den Stahlrahmen-Deckentischen Topmax und der trägerlosen Modulschalung Topec zum

Beim Bau des Heidelberger Skylabs-Towers musste die Basis zur Herstellung von drei auskragenden Etagen geschaffen werden. Für den um 6 m auskragenden Bereich übernahm diese Aufgabe eine 22 m hohe Traggerüstkonstruktion aus ID15-Türmen mit aufliegender Arbeitsplattform aus H20-Trägern. Der lediglich um 2 m auskragende Bereich an der Gebäude-Südseite war mit Lastrahmenstützen unterstellt. (Foto: Harsco)

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Schwingungen isolieren Projekt Sternschanze Hamburg Am Bahnhof Sternschanze wurde das Verwaltungsgebäude der Deutschen Bahn Immobiliengesellschaft direkt neben viel befahrenen Gleisen gebaut. Gebäudefundament und Außenwände des Kellergeschosses wurden auf Regufoam® 510 schwingungstechnisch von der Umgebung entkoppelt. Die prognostizierte Abstimmfrequenz von 9 - 10 Hz wurde eingehalten. BSW GmbH Telefon: +49 2751 803-124 Fax: +49 2751 803-109 schwingung@berleburger.de www.bsw-schwingungstechnik.de

Sternschanze Hamburg

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Aktuell Einsatz. Außerdem auf der Baustelle dabei: die GroßflächenWandschalung Manto, der Holzträgerschalungsklassiker Topflex und das Seitenschutzsystem Protecto, um nur einige Produkte zu nennen. Die anspruchvollste Schalaufgabe war allerdings die an zwei Gebäudeseiten um 6 m bzw. 2 m auskragende Decke über dem 5. OG des Towers. Da auf dieser Decke noch drei weitere Etagen entstanden, summierten sich die abzutragenden Lasten. Darum entschied man sich bei der Schalungsunterstellung auf der weit auskragenden Gebäudeseite für eine Traggerüst-Kombination aus ID15-Türmen, die Stiellasten von bis zu 40,5 kN aufzunehmen hatten. Für den um lediglich 2 m auskragenden Deckenbereich an der Südseite wählten die Schalungsplaner eine Unterstellung aus Lastrahmenstützen.

Sorgfältig geplante Lastabtragung

Beide Produkte – Lastrahmenstütze und ID15-Turm – bieten selbst bei großer Höhe einen hohen Lastabtrag auf kleinem Raum und lassen sich schnell und sicher montieren. Die Rahmenstütze ID15 eignet sich optimal für das Abstützen hoher Lasten – selbst bei unterschiedlichen Stiellasten. Die vierstielige diagonal versteifte Konstruktion lässt sich beliebig hoch aufbauen (Ein-Mann-Montage) und bietet mit ihrem quadratischen Querschnitt von 1 m × 1 m eine Tragfähigkeit von bis zu 200 kN pro Turm. Zur Verfügung stehen verwindungssteife 100er und 133er Rahmen, die sich beliebig kombinieren lassen. In Heidelberg waren die Stützentürme durch ergänzendes Gerüstmaterial zu einer 22 m hohen, gut 40 m langen und knapp 8 m breiten Traggerüstkonstruktion mit aufliegender Arbeitsplattform verbunden. Die gesamte Konstruktion wurde im unteren Drittel durch teleskopierbare Richtstreben (Super 10) abgestützt, die per Schnellverschluss an den ID15-Türmen befestigt waren.

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An der um 2 m auskragenden Gebäudeseite sorgten zwei Jochreihen aus Lastrahmenstützen für den sicheren Lastabtrag aus auskragender Decke und den drei darüber entstehenden Stockwerken. Die Lastrahmenstütze mit ihrem Systemmaß von 25 cm × 25 cm kann je nach Stützenhöhe bis zu 211 kN aufnehmen – bei diesem Einsatz waren es bis zu 130 kN pro Stütze. Das Baukastensystem besteht aus drei Lastrahmen, einer Lastspindel und zwei Kopfstücken, die ohne gesonderten statischen Nachweis zu 1 m bis 10 m hohen Stützen montiert werden können.

H20-Holzträger am Boden zu vorgefertigter Arbeitsplattform montiert

Als Schalungsbasis für die beiden auskragenden Deckenbereiche setzte die Baustelle eine maßgeschneiderte Lösung aus dem Topflex-Programm ein. H20-Holzträger wurden am Boden zu einer vorgefertigten Arbeitsplattform montiert und dann inklusive 2 m hoher Absturzsicherung auf das Traggerüst bzw. die Lastrahmenstützen gesetzt. Auf dieser sicheren Plattform wurden dann erst die auskragenden Unterzüge geschalt und anschließend die weiteren Etagen hergestellt. Beide Unterstellungslösungen haben sich in der Praxis nicht nur als zeitsparende und wirtschaftliche Variante erwiesen, die auftretenden hohen Lasten abzuleiten. Es war für die Rohbauer auch eine besonders sichere Methode, die vorspringenden Gebäudeteile herzustellen. Dafür sorgte nicht zuletzt die am Boden vorgefertigte Arbeitsplattform. Weitere Informationen: Harsco Infrastructure Deutschland GmbH, Rehhecke 80, 40885 Ratingen, Tel. (0 21 02) 9 37-1, Fax (0 21 02) 37 651, info@harsco-i.de, www.harsco-i.de

Aktuell

Vollständiger Schutz für das Arbeiten an Deckenrändern Beim Arbeiten in großer Höhe sind Wind- und mitunter auch Sichtschutz enorm wichtig für die Sicherheit. Einen vollständigen Schutz für das Arbeiten an Deckenrändern und Fassaden bietet das geführte Schutzsystem MGS von MEVA mit seiner Rundum-Einhausung. Seit Sommer 2011 ist es auch am 18stöckigem Bürohochhaus auf dem Richti-Areal in Wallisellen im Einsatz. Für den Versicherungskonzern Allianz Suisse als zukünftigem Mieter entsteht im Richti-Areal ein Bürokomplex mit 40.000 m2 Nutzfläche. Teil des Komplexes ist das Bürohochhaus, das bis zum 5. OG über mehrere Brücken mit dem Nachbargebäude verbunden ist. Es wird von der schweizerischen Feldmann Bau AG mit dem MGS und weiteren MEVA Systemen errichtet.

zum Deckenspannen. Deshalb kann das MGS erst ab dem 6. OG komplett um das Gebäude angebracht werden (mit 35 Einheiten). Darunter kam unter anderem die MEVA Klapparbeitsbühne KAB 190 zum Einsatz. Sie hängt am Deckenrand an Einhängeschuhen, diese wiederum an einbetonierten Konen. Die KAB sind für diese Baustelle mit Nachlaufbühnen ausgestattet, die ebenfalls als Arbeitsbühnen und Absturzsicherung dienen. In ihrem Schutz wird am Deckenrand die Zonenabschrankung montiert, das sind auf der Decke fest montierte Pfosten mit Holzdielen. Sie dient als Absturzsicherung, wenn die KAB beim Baufortschritt samt Nachlaufbühne um eine Etage höher versetzt wird. Nach demselben Prinzip wird die Zonenabsicherung in den fertig gestellten Etagen im Schutz der MGSTrapezprofile angebracht.

Einhausung aus sichtundurchlässigem Trapezprofil

Über 20 m hohe Traggerüsttürme für auskragende Decke

Das vom holländischen Architekturbüro Wiel Arets Architects (Maastricht) entworfene Hochhaus weicht von der üblichen Rechteckform und Geschossstapelung ab. Es ist im Grundriss trapezförmig und innen durch mehrgeschossige Lufträume aufgelockert, außen durch Deckenvorsprünge über dem 1. und 4. OG. Im Erdgeschoss empfängt eine 2-geschossige Lobby die Besucher. Die Lufträume und komplexen Decken mit unterschiedlichen Unterkanten und Stärken pro Etage erfordern variable Schalungslösungen. In enger Zusammenarbeit mit der schweizerischen Unfallversicherung SUVA wurde der Sicherheitsablaufplan entwickelt, der u.a. auch den Einsatz des Schutzsystems MGS vorsieht. Es besteht aus einzelnen Einheiten, die sich mit ihrer frei wählbaren Größe flexibel der Gebäudeform anpassen. Die im Werk vormontierten MGSEinheiten werden auf der Baustelle am Boden endmontiert. Die Einhausung aus sichtundurchlässigem Trapezprofil erstreckt sich über drei Etagen und überragt komplett die oberste Etage, auf deren Decke gearbeitet wird. Jede Einheit wird per Kran an die Gebäudefassade geflogen, dort ausgerichtet und mit ihren Führungsschienen an den zuvor montierten Führungsschuhen eingehängt. Das dauert etwa 10 Minuten pro Einheit, das Hochziehen von Etage zu Etage nur noch 5. Zwischen den aufgehängten Einheiten ist eine Lücke von nur 3 cm und dadurch höchste Arbeitssicherheit gewährleistet.

Klapparbeitsbühne KAB 190 und Zonenabschrankungen als Schutz am Deckenrand

Die unteren Geschosse haben teils Deckenvorsprünge, teils Vorrichtungen

Die über dem 4. OG um 5,60 m auskragende Decke in 24 m Höhe erforderte eine eigene Lösung: MEP-Traggerüsttürme mit über 240 m2 Gesamtgrundfläche, die mit dem Baufortschritt nach oben wachsen. Die Türme sind zwecks Stabilität untereinander mit Gerüstrohren versteift und schließen oben mit der jeweils zuletzt betonierten Decke ab. Zum sicheren Arbeiten sind sie mit einem vollflächigen Dielenbelag und einer Absturzsicherung versehen. Bis zum 5. OG gibt es drei Kerne für Treppenhäuser und Fahrstühle, darüber zwei Kerne. Die Wände der Kerne werden mit der Mammut-Wandschalung betoniert. Mit ihrer Frischbetondruckaufnahme bis 97 kN/m2 erlaubt sie beliebig schnelles Betonieren für die ersten 4 m Höhe. Im Schachtinnern steht die Mammut auf einer Schachtbühne, deren Träger per Sicherheitsklinken fest in Taschen verankert sind, die im Schacht einbetoniert wurden. In den Erdbebenzonen dienen angeschraubte Klappkonsolen als Schachtbühnenauflager, dort sind wegen der verstärkten Bewehrung keine Taschen möglich. Hilfreich für die Wandschalung im Schachtinnern sind die Ausschalecken. Mit ihnen lässt sich die Schalung schnell, sicher und materialschonend von der betonierten Schachtwand lösen. Anschließend kann die gesamte Schachtschalung per Kran in einem Hub aus dem Schacht gehoben werden.

Bis zu 40 % Materialersparnis mit Frühausschalen

Ca. 17.000 m2 Deckenfläche werden mit der Systemdeckenschalung MevaDec geschalt. Für den trapezförmigen Grundriss wurde hier die Fallkopf-Träger-Element-

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Aktuell

Bild 1. Am Bürohochhaus sind die oberen Etagen der Seitenfassade komplett durch das MGS abgesichert. An der Stirnfassade wachsen die MEP-Traggerüste zum Abstützen einer auskragenden Decke mit dem Baufortschritt in die Höhe.

Bild 2. Eine MGS-Einheit wird gerade um eine Etage hochgezogen und das Krangehänge anschließend vom Podest aus ausgehängt. (Foto: Meva)

Methode (FTE) gewählt. Bei ihr lassen sich die Deckenelemente rasterunabhängig und einfach an die Gebäudegeometrie anpassen. Die Elemente liegen auf Hauptträgern, die von Stützen getragen werden. Elemente, Träger und Stützen sind bündig. Die Anzahl der nötigen Stützen ist sehr gering und wird vom System vorgegeben; das vermeidet Montagefehler und sogenannte Angststützen. Da die Stützen fest in die Träger eingespannt sind, ist ihre Tragfähigkeit hier von 30 auf 40 kN erhöht. Für maximale Arbeitssicherheit sorgt das Ein- und Ausschalen von unten, für schnelle Wiederverwendung des Materials die Hochdruckreinigung direkt auf der Baustelle, für Materialersparnis das Frühausschalen: Sobald die betonierte Decke eine Festigkeit von 8 N/mm2 erreicht hat (je nach Umgebungstemperatur innerhalb

von 24 Stunden), wird die Deckenschalung per Hammerschlag um 19 cm abgesenkt. Die Elemente und Träger werden problemlos entfernt und können für die nächste Betonage verwendet werden. Die Stützen bleiben zur Nachunterstützung stehen, bis die Decke ihre endgültige Festigkeit erreicht hat. Frühausschalen spart bis zu 40 %.

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Weitere Informationen: MEVA Schalungs-Systeme GmbH, Industriestraße 5, 72221 Haiterbach, Tel. (0 74 56) 6 92-01, Fax (0 74 56) 6 92-66, info@meva.de, www.meva.de

Sachstandsbericht „Betonzusatzmittel und Umwelt“ neu erschienen Seit 1993 sind vom Sachstandsbericht „Betonzusatzmittel und Umwelt“, inzwischen in fünfter Auflage, in der Fachöffentlichkeit mehr als 20.000 Exemplare verteilt. Nun war es wieder an der Zeit für eine gründliche Überarbeitung. Diese wurde durch den Arbeitskreis 2.1 „Beton- und Mörtelzusatzmittel und Umwelt“ (AK 2.1) im Fachausschuss 2 „Betontechnik“ des Industrieverbandes realisiert. Das Thema hat in Fachkreisen nichts von seiner Aktualität eingebüßt: Die Bedeutung von Betonzusatzmitteln ist in den vergangenen knapp zwei Jahrzehnten enorm gestiegen, weltweit hat sich der Absatz verdreifacht, in Deutschland etwa verdoppelt. Nachhaltigkeit, Umwelt- und Gesundheitsschutz prägen heute sehr stark die Entwicklung und Vermarktung von Baustoffen, dies gilt besonders für die Betontechnologie. Beginnend bei der ökologischen Optimierung der Zementherstellung bis hin zum hohen Stellenwert von Umweltproduktdeklarationen (EPD) für den Einsatz der Betonzusatzmittel stehen deren Hersteller und Anwender vor neuen Herausforderungen. Hier lag ein Hauptmotiv, die Neuauflage jetzt anzugehen. Außerdem betrifft

die neue Europäische Verordnung über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen (CLPVerordnung) einige Zusatzmittel-Rohstoffe. Der Sachstandsbericht beginnt mit einer ausführlichen Beschreibung der wichtigsten Kriterien, nach denen Produkte im Hinblick auf ihre Verträglichkeit für Mensch und Umwelt bewertet werden. Hier sind mit „REACH“ und den EPD zwei neue zentrale Beurteilungsparameter hinzugekommen. In vier Kapiteln werden anschließend Betonverflüssiger und Fließmittel, Verzögerer, Beschleuniger und Luftporenbildner beschrieben und gemäß dem Titel der Broschüre analysiert. Die Autoren stellen zunächst die jeweiligen Rohstoffe vor und ergänzen dann die Funktionen jeder Wirkungsgruppe als Betonzusatzmittel und im Beton. Nach gleichen Muster erfolgt die Beschreibung weiterer Zusatzmittel in einem zusammenfassenden Kapitel – nämlich Dichtungsmittel, Zusatzmittel für Einpressmörtel in Spanngliedern, Stabilisierer/Sedimentationsreduzierer und Chromatreduzierer. Zudem erläutern die Autoren erstmals die an dieser Stelle neu aufgenommenen Zusatzmittel Schaumbildner und Schwindreduzierer. Der neue Sachstandsbericht „Betonzusatzmittel und Umwelt“ kann über den Bestellshop des Verbandes unter deutsche-bauchemie.de > Publikationen > Bestellung angefordert werden. In Kürze soll hier auch die englische Übersetzung des Sachstandsberichtes zum Download zur Verfügung stehen. Weitere Informationen: Deutsche Bauchemie e.V., Mainzer Landstraße 55, 60329 Frankfurt/M., Tel. (0 69) 25 56-13 18, Fax (0 69) 25 56-13 19, info@deutsche-bauchemie.de, www.deutsche-bauchemie.de

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Anbieterverzeichnis

Produkte & Dienstleistungen Abdichtungstechnik

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Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

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Abstandhalter

Max Frank GmbH & Co. KG Technologien für die Bauindustrie Mitterweg 1 D-94339 Leiblfing Tel. +49 (0) 94 27/1 89-0 Fax +49 (0) 94 27/15 88 info@maxfrank.de www.maxfrank.de

Ankerschienen

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (052 25) 87 99-0 Fax: (05225) 8799-201 E-Mail: info@mconstruct.de Internet: www.mconstruct.de MOSO-MBA Ankerschienen MOSO-Betonbewehrung und Bewehrungskonstruktionen Anker- und Anschweißplatten Kantenschutzprofile und Verkleidungen Denkmal- und Altbausanierungsbefestigungen Spezialbefestigungen für Tunnel, Brücken und Kraftwerke Dübelsysteme und Normteile aus Edelstahl Rostfrei

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Betonanlagen

Befestigungstechnik n Ankerschienen

HALFEN Vertriebsgesellschaft mbH Katzbergstraße 3 D-40764 Langenfeld Tel. (0 21 73) 9 70-0 Fax (0 21 73) 9 70-2 25 e-Mail: info@halfen.de Internet: www.halfen.de BETON: Verankerungstechnik FASSADE: Befestigungssysteme MONTAGETECHNIK: Produkte und Systeme

Deutsche Kahneisen Gesellschaft mbH Nobelstraße 51 D-12057 Berlin Tel. (0 30) 6 82 83-02 Fax (0 30) 6 82 83-4 97 e-Mail: info@jordahl.de Internet: www.jordahl.de Ankerschienen, Befestigungs-, Bewehrungsund Montagetechnik A36

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 5225) 8799-0 Fax: (05225) 8799-201 E-Mail: info@mconstruct.de Internet: www.mconstruct.de MOSO-MBA Ankerschienen MOSO-Betonbewehrung und Bewehrungskonstruktionen Anker- und Anschweißplatten Kantenschutzprofile und Verkleidungen Denkmal- und Altbausanierungsbefestigungen Spezialbefestigungen für Tunnel, Brücken und Kraftwerke Dübelsysteme und Normteile aus Edelstahl Rostfrei

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Doubrava Deutschland GmbH Beton- und Aufbereitungsanlagen Raiffeisenstraße 7–9 D-70839 Gerlingen Tel.: +49 (0) 7156 17740-19 Fax: +49 (0) 7156 17740-40 uwe.schnitzler@doubrava.at www.doubrava.at

Betoninstandsetzung

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A37

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A38

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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A39

Editorial

Was macht eigentlich die PRB konkret?

Dr.-Ing. Lars Meyer, Geschäftsführer des DBV und der PRB, Berlin

Das Thema „Normen und deren Verbesserung“ hat an dieser Stelle in jüngster Zeit breiten Raum eingenommen. Es ist offensichtlich, dass dies allen unter den Nägeln brennt. Zuletzt hat Michael Blaschko hier im April-Heft dargestellt, warum er gespannt ist, ob es z. B. der Initiative „Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen“ – kurz: PRB – gelingen wird, die von allen beklagte Komplexität der Eurocodes – maßgeblich festgemacht an deren Umfang und der darin verwendeten Sprache – nachhaltig zurückzudrehen. Diese Spannung ist mehr als nachvollziehbar, ist die PRB doch mit großen Ambitionen gestartet: Es wurden in der PRB Grundsätze und Ziele definiert, wie Normen für die Bemessung und Konstruktion idealerweise aussehen sollen. Es wurden Leitplanken diskutiert und vereinbart, wie dies erreicht werden soll. Und nun? – Das fragen sich viele innerhalb und außerhalb der PRB. Und zwar zu Recht! Eine gewisse Ungeduld macht sich breit, geprägt von der Neugier, wann es PRB denn nun gelingt, einfachere Regelungen für die zukünftigen Eurocodes vorzuschlagen. Ein kurzer Ausflug in die Welt des Normenmachens: Am 2. und 3. Mai 2012 fand in Berlin die Plenarsitzung des CEN/TC250 statt. Es trafen sich dort ca. 50 Experten aus Europa, um über die Arbeit an den Eurocodes zu debattieren und eine Strategie zu entwickeln, wie diese fortgeschrieben werden sollen. Da die Sitzung in Berlin stattfand, hatte die vom DIN nominierte deutsche Delegation Gelegenheit, ausführlicher als sonst üblich darstellen zu können, was Verbesserung der Eurocodes bedeuten sollte. Dabei wurde zunächst begründet, warum eine Vereinfachung („Simplification“) notwendig ist. Der Leiter der deutschen Delegation, Wolfram Jäger, hat dabei aber auch erläutert, wie dieser Begriff verstanden wird: Nämlich dass Vereinfachung bedeutet, die Praxistauglichkeit zu verbessern, an möglichst vielen Stellen einen gemeinsamen Bemessungsansatz zu definieren, um damit die Vielzahl nationaler Festlegungen zurückzudrängen. Nicht bedeuten soll Vereinfachung jedoch, den Anwendungsbereich einzuschränken, das technische Niveau abzusenken oder gar wissenschaftliche Erkenntnisse zu ignorieren. Und PRB? Wo bleibt PRB? – PRB, namentlich Robert Hertle, hat im Anschluss an die Einleitung durch Wolfram Jäger dann erste konkrete Ideen und Ansätze der PRB skizziert, wie Verbesserungen erreicht werden könnten. – Und die Reaktion auf beide Vorträge? Kritische Zurückhaltung! – Warum das, warum keine breite Zustimmung oder gar Begeisterung? Nicht alle Kollegen aus Europa haben darauf gewartet, endlich von uns Deutschen erklärt zu bekommen, wie Eurocodes geschrieben werden sollen. Ganz im Gegenteil: Wir Deutschen sind es oft gewesen, die in Europa an alten und liebgewonnenen Nachweisen so gehangen haben, dass einheitliche Regelungen in Europa vielfach verhindert wurden. Die hohe Anzahl nationaler Öffnungen („Nationally Determined Parameters“ – kurz: NPD) ist insbesondere auf das Wirken von uns Deutschen zurückzuführen. Insofern hatte Michael Blaschko Recht, als er aus dem vermeintlichen Kuriositätenkabinett Europas die Regelungen zur Krümmung der Gurke in Erinnerung rief. Diese alte Regelung hat bis zu ihrem Zurückziehen so viele Freunde gewonnen, dass ihr ein Weiterleben im Hades gegönnt wurde. Um bei diesem Bild zu bleiben: Der Olymp der Bemessungsnormen ist noch weit. Deswegen brauchen wir einen langen Atem und auch gewisse Nehmerqualitäten. Denn es wird auch Rückschläge geben bei der Arbeit der PRB. Und deshalb: Bitte haben Sie Geduld mit der PRB. Wir arbeiten hart daran, dass die Spannung nicht verfliegt und dass am Ende Erfolge stehen!

371

Fachthemen Sven Huismann Manfred Korzen Andreas Rogge

DOI: 10.1002/best.201200010

Entwicklung und Validierung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung Ausgehend von einer kritischen Analyse der Materialkennwerte für normalfesten (NFB) und hochfesten Beton (HFB) im Eurocode 2 [1] wurden in grundlegenden Untersuchungen an der BAM [2] exemplarisch für einen HFB die thermomechanischen Materialkennwerte bestimmt, um auf der Basis eines geeigneten Materialmodells das Verhalten von Stahlbetonstützen aus HFB unter Brandbeanspruchung zu simulieren. Die Validierung des Modells erfolgte mittels großmaßstäblicher Brandversuche an belasteten Stahlbetonstützen aus dem gleichen HFB wie in den Materialuntersuchungen. Es konnte gezeigt werden, dass die Festigkeit als charakteristischer Parameter des Materialmodells zwingend auf der Basis instationärer Versuche – und nicht aus stationären Versuchen wie bei NFB üblich – bestimmt werden muss. Mit den in [1] vorgeschlagenen Materialbeziehungen für HFB wird das Tragverhalten der untersuchten Stützen dagegen deutlich überschätzt, was sich in den numerischen Simulationen insbesondere durch zu geringe Verformungen äußert. Development and Validation of an Advanced Calculation Model for High Strength Concrete Columns Subjected to Fire Loading Following a critical analysis of the material parameters of normal strength (NSC) and high strength concrete (HSC) presented in Eurocode 2 [1] the thermo-mechanical material parameters of one representative HSC were identified. Using these parameters and based on an appropriate material model the behavior of HSC columns was simulated. The validation of the model was realized through real scale fire resistance tests on loaded columns of the same type of HSC as in the material identification tests. It was found that the strength as a characteristic parameter of the material model has to be identified on the basis of transient creep tests and not of stationary tests, respectively as realized usually for NSC. It could be shown that the structural behavior of the tested columns is overestimated if the numerical simulations are based on the material properties of HSC as proposed in [1]. This feature is expressed especially through insufficient displacements.

1 Einleitung Das Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonstützen unter Brandbeanspruchung wird entscheidend durch das temperaturabhängige Materialverhalten beeinflusst. Diese Materialeigenschaften werden im Eurocode 2 (DIN EN 1992-1-2 [1]) zusammen mit einem Materialmodell als relative Werte für normalfesten Beton (NFB) zur Verfügung gestellt. Dabei handelt es sich um die Druckfestigkeit und die Bruchdehnung (Dehnung unter Höchstlast),

372

die die charakteristischen Parameter des Modells darstellen. Für hochfesten Beton (HFB) werden zwar Festigkeiten angegeben, diese liegen jedoch nach Ansicht der Autoren auf der unsicheren Seite. Die Bruchdehnung wird für HFB nicht explizit angegeben, sondern vom NFB übernommen. Sie bestimmt jedoch maßgebend das Verformungsverhalten. Es ist bekannt, dass die Bruchdehnung beim HFB deutlich höher ist, sodass insbesondere das Verformungsverhalten unter Verwendung dieser Parameter auf der unsicheren Seite liegend berechnet wird. Diese Unsicherheiten waren der Anlass für grundlegende Untersuchungen an der BAM [2]. Dabei wurden exemplarisch für einen HFB die thermomechanischen Materialkennwerte bestimmt (Festigkeit [3], thermische Dehnung [4], instationäre Hochtemperatur-Kriechverformungen [5]), um im Anschluss mit einem geeigneten und praxisnahen Materialmodell das Trag- und Verformungsverhalten von Stahlbetonstützen aus HFB zu berechnen. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Fragestellung, auf welche Weise die Materialkennwerte des Modells bestimmt werden müssen. Die Validierung erfolgte mittels großmaßstäblicher Brandversuche an belasteten Stahlbetonstützen aus dem gleichen Beton wie in den Materialuntersuchungen. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass die Materialkennwerte der Eurocodes auf der unsicheren Seite liegen, und zwar sowohl für die Festigkeit als auch für die Bruchdehnung.

2 Beschreibung des Materialmodells Für die Berechnung des Trag- und Verformungsverhaltens von Stahlbetonstützen ist ein geeignetes Materialmodell erforderlich. Eine Möglichkeit zur Beschreibung des thermomechanischen Materialmodells ist die Verwendung rechnerischer Spannungs-Dehnungs-Linien. Diese Art der Materialmodellierung ist besonders gut geeignet, da auch die Berechnungsverfahren für Beanspruchungen bei Raumtemperatur derart konzipiert sind. Das hier vorgestellte Materialmodell entspricht diesem Ansatz. Bei der Vorstellung des Materialmodells wird im Folgenden besonders auf die Art der experimentellen Bestimmung der charakteristischen Parameter des Modells eingegangen. Da das Festigkeits- und Verformungsverhalten von Beton entscheidend durch die Belastungsgeschichte

S. Huismann/M. Korzen/A. Rogge · Entwicklung und Anwendung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung

während der thermischen Beanspruchung beeinflusst wird, ist die Art und Weise der Kennwertermittlung von zentraler Bedeutung, insbesondere da Stahlbetonstützen während eines Brandes in der Regel belastet sind. Im Rahmen dieses Beitrags wird ausschließlich das Materialmodell für HFB vorgestellt. Die Kennwerte wurden in umfangreichen Untersuchungen experimentell bestimmt und sind in [2 bis 5] veröffentlicht. Für den Betonstahl werden die temperaturabhängigen Spannungs-Dehnungs-Linien einschließlich der mechanischen Materialparameter und der Funktion für die thermische Dehnung aus [1] entnommen.

2.1 Mathematische Formulierung Für die Entwicklung der rechnerischen Spannungs-Dehnungs-Linien des Betons im Druckbereich wird die in [6] vorgestellte Gl. (1) zugrunde gelegt, die in [7] auch für HFB bei Raumtemperatur als geeignet nachgewiesen wurde. Sie entspricht im Wesentlichen der im Eurocode 2 vorgeschlagenen Beziehung, wobei dort in Anlehnung an [7] der Wert n = 3 (NFB) gesetzt wurde und εc1 (T) direkt angegeben wird. Bei der Dehnung εm (T) handelt es sich um die rein mechanisch induzierte Dehnung. Der Parameter k charakterisiert den Nachbruchbereich der Spannungs-Dehnungs-Linie. Er ist jedoch von untergeordneter Bedeutung, da der Nachbruchbereich der Spannungs-Dehnungs-Linien gemäß [8] das Tragverhalten von Stahlbetonstützen im Brandfall nur unwesentlich beeinflusst. n ε  n – 1 +  m  εc1 

f (T) n(T) εc1 (T) = c · E(T) n(T) – 1 n(T) = 0,80 +

fc (T) mit fc (T) in MPa 17

 1 für εc1 (T) > ε m (T) > 0  k(T) =  fc (T)  0,67 + 62 für ε (T) ≥ εc1 (T) 

(1)

Die charakteristischen Parameter des Materialmodells sind die Bruchdehnung εc1 (T) und die Druckfestigkeit fc (T). Sie wurden im Rahmen umfangreicher Untersuchungen experimentell bestimmt ([2 bis 5]). Die Untersuchungen erfolgten exemplarisch an einem HFB mit einer mittleren Zylinderdruckfestigkeit von 110 MPa (Zylinder d = 100 mm, h = 300 mm), was einer charakteristischen Druckfestigkeit von fck = 90 MPa entspricht. Die Bruchdehnung εc1 (T) wird anhand der Verformungen aus den instationären Kriechversuchen bestimmt. Dazu werden für verschiedene Temperaturen Ti die mechanischen Dehnungen εm, die sich gemäß Gln. (5) und (6) aus der Differenz zwischen der gemessenen Gesamtdehnung εges und der gemessenen freien thermischen Dehnung εth ergeben, mit den dazugehörigen Spannungen aus den instationären Kriechversuchen in ein SpannungsDehnungs-Diagramm übertragen. εges = εth + εm

(5)

εm = εges – εth

(6)

Temperatur Ti εm

σ3

σ2

εIII

σ3 σ2

fc(Ti)

σ1 T

(2)

σ σ1

εII εI

εI

εII εIII ε (T ) c1 i

εm

Bild 1. Konstruktion der Spannungs-Dehnungs-Linien nach Gl. (1) aus den nach Gl. (6) berechneten mechanischen Dehnungen εm Fig. 1. Construction of stress-mechanical strain diagram according to eq. (1) and (6)

(3) 60

(4)

und 20 °C ≤ T ≤ 1200 °C Die Bruchdehnung εc1 (T) wird neben der Temperatur T durch die Druckfestigkeit fc (T) und den Elastizitätsmodul E (T) bestimmt. Zur vollständigen Beschreibung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung sind die Bruchdehnung εc1 (T) und die Festigkeit fc (T) als charakteristische Parameter ausreichend. Unter Zugbeanspruchung wird das Materialverhalten des Betons bis zum Erreichen der Zugfestigkeit fct (T) als linear elastisch angenommen. Dabei wird der gleiche Elastizitätsmodul E (T) wie für den Druckbereich angesetzt. Hieraus ergibt sich die Bruchdehnung zu fct (T)/E (T). Für größere Dehnungen wird lediglich für numerische Zwecke eine Entfestigung angenommen.

ε c1 [mm/m]

ε σ = fc · m · εc1

2.2 Ermittlung der Kennwerte aus Materialuntersuchungen

HFB aus instationären 30 Kriechversuchen 20

EC 2 (NFB, HFB)

10 0 0

200

400 600 800 Temperatur [°C]

1000 1200

Bild 2. Bruchdehnung des HFB aus eigenen Untersuchungen und des NFB und HFB des Eurocodes Fig. 2. Ultimate strain of HFB as a function of temperature based on own experiments and of NFB and HFB according to Eurocode

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

373

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α = σi / fc (20°C)

0,8

0,6 fc(instationär)

fc(stationär, α = 0,2)

0,4 fc(stationär, α = 0)

0,2

fc (T) / fc (20°C)

0,8

α = σi / fc (20°C)

0,4 0,2

fc(minimum)

0 0

200

EC 2, Normalbeton

0,6

EC 2, hochfester Beton C90/105

fc(minimum)

400 600 800 1000 1200 Temperatur [°C]

200

400 600 800 1000 1200 Temperatur [°C]

Bild 3. Druckfestigkeit des HFB aus eigenen Untersuchungen und des NFB und HFB (C90/105) des Eurocodes Fig. 3. Compression strength of HFB as a function of temperature based on own experiments and of NFB and HFB (C90/105) according to Eurocode

374

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

120 20 °C

100

Spannung [MPa]

Der E-Modul für die Temperatur Ti wird dann so gewählt, dass die entsprechende Spannungs-Dehnungs-Linie durch die Spannungs- und zugehörigen Dehnungspunkte verläuft. Mit dem E-Modul und der Festigkeit ergibt sich nach den Gln. (2) bis (4) die Bruchdehnung εc1 (T). Das prinzipielle Vorgehen ist in Bild 1 dargestellt und in [2] näher ausgeführt. Durch diesen Ansatz werden sämtliche Verformungen implizit in den rechnerischen Spannungs-DehnungsLinien erfasst. Die für den HFB ermittelte Bruchdehnung εc1 (T) ist im Vergleich zu der Bruchdehnung εc1 (T) des NFB und HFB aus [1] in Bild 2 dargestellt. Für den temperaturabhängigen Verlauf der Druckfestigkeit wurden in [2] und [3] verschiedene Funktionen experimentell ermittelt, die sich durch die Art der Prüfung unterscheiden. Sie sind in Bild 3 (links) dargestellt. Die Funktionen fc (stationär, T, α = 0) und fc (stationär, T, α = 0,2) ergaben sich aus den Druckversuchen unter stationären Temperaturen, wobei α den Belastungsgrad während der Erwärmung und T die entsprechende Temperatur darstellt. Dabei wird der Probekörper mit dem Belastungsgrad α bis zu einer definierten Temperatur T erwärmt und nach gleichmäßiger Durchwärmung bis zum Versagen belastet. Demgegenüber wurde die Funktion fc (instationär, T) aus den instationären Kriechversuchen bestimmt, in denen die Probekörper unter konstanter Last bis zum Versagen erwärmt wurden. Die Festigkeit ergibt sich dann aus der Versagenstemperatur T und dem entsprechenden Belastungsgrad α während der Erwärmung. Weiterhin sind in Bild 3 (rechts) die in [1] angegebenen Werte fc (T) für Normalbeton mit quarzitischer Gesteinskörnung sowie eine Minimumfunktion fc (minimum) aus allen anderen Funktionen dargestellt. Die Funktion fc (minimum) entspricht bis ca. 400 °C der Funktion fc (instationär). Oberhalb von 400 °C geht sie erst in die Funktion fc (stationär, α = 0) und dann in die Funktion aus dem Eurocode über. Diese Reduzierung der Festigkeit wird da-

Festigkeit: fc (instationär)

100 °C 200 °C 300 °C 400 °C 500 °C 600 °C

60 40

750 °C

Modell Versuch

0 0

Dehnung [mm/m] Bild 4. Spannungs-Dehnungs-Linien für verschiedene Temperaturen gemäß Gl. (1) bis zur Bruchdehnung für die Funktion fc (instationär) Fig. 4. Stress-strain diagrams up to ultimate strain at different temperatures according to eq. (1) for identification of the function fc (transient)

mit begründet, dass die äußeren Bereiche des Stützenquerschnitts durch starke Rissbildung zusätzlich geschwächt waren. Für die Identifikation wurde nach dem Brandversuch eine dreidimensionale computertomografische Aufnahme erstellt [2]. In Bild 4 sind exemplarisch für die Funktion fc (instationär) die Spannungs-Dehnungs-Linien gemäß Gl. (1) bis zum Bruch für verschiedene Temperaturen ausgewertet. Die einzelnen Punkte stellen jeweils die aus den experimentellen Ergebnissen nach Gl. (6) errechneten mechani-

S. Huismann/M. Korzen/A. Rogge · Entwicklung und Anwendung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung

Tabelle 1. Parameter der Spannungs-Dehnungs-Linien gemäß Gl. (1) für die Funktion fc (instationär) Tabelle 1. Parameters of stress-strain relationship according to eq. (1) for the function fc (transient) T [°C]

100

200

300

400

500

600

750

1000

1200

fc(T)/fc (20°C)

1,00

0,6

0,55

0,46

0,38

0,30

0,13

0,00

E(T)/E (20°C)

1,00

0,65

0,31

0,21

0,14

0,09

0,06

0,04

0,02

0,00

εc1(T) [‰]

3,2

6,8

10,0

14,2

20,0

27,6

31,5

50,1

∞

schen Dehnungen dar. Die zugehörigen Parameter sind Tabelle 1 zu entnehmen. Die thermische Dehnung des hochfesten Betons wird entsprechend den Messergebnissen [2] exakt abgebildet. Oberhalb von 750 °C wird die Funktion bis 1200 °C extrapoliert. Die temperaturabhängigen thermischen Materialparameter für den Beton (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Dichte) werden [1] entnommen. Sie werden durch vergleichende Berechnungen mit Bauteilbrandversuchen hinsichtlich der Messergebnisse optimiert. Die Vorgehensweise ist [2] zu entnehmen. Die temperaturabhängige Dichte wird ohne Modifikation aus [1] entnommen.

3 Anwendung des Materialmodells auf Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung Zur Validierung des Materialmodells wurde ein Stützenbrandversuch mit einem zentrisch belasteten Probekörper aus dem gleichen HFB wie in den Materialuntersuchungen durchgeführt [2]. Während des Versuches wurden die Brandraum- und Probekörpertemperaturen sowie Verformungen und Kräfte gemessen. Diese Messwerte konnten den Berechnungen mit dem Materialmodell gegenüber gestellt und so die Qualität des Modells bewertet werden. Die geprüfte Stütze hatte einen quadratischen Querschnitt mit 300 mm Kantenlänge und eine Höhe von 3,60 m. Die vier 25 mm starken Längsbewehrungsstäbe aus BSt 500 S mit einem Achsabstand von 50 mm wurden vor dem Betonieren an 30 mm dicke Kopfplatten angeschweißt. Die Bügelbewehrung hatte einen Durchmesser von 10 mm und einen Abstand untereinander von 300 mm bzw. 150 mm in den Lasteinleitungsbereichen. Sie wurden mit 135° Endhaken verankert. Die Berechnungen des Trag- und Verformungsverhaltens der Bauteile unter Brandbeanspruchung werden mit dem nichtlinearen Finite-Elemente-Programm DIANA in der Version 9.2 [9] durchgeführt. Dabei wird zunächst eine thermische Analyse zur Bestimmung des für jeden Zeitschritt notwendigen Temperaturfeldes durchgeführt. Anschließend erfolgt die mechanische Analyse für die eingeprägten Zeitschritte, in der die Verformungen und Spannungen aus der thermischen Dehnung und den äußeren Lasten entsprechend der jeweiligen Temperatur berechnet werden. Das in das Finite-Elemente-Programm implementierte Materialmodell einschließlich der Materialparameter wurde bereits in Abschn. 3 vorgestellt. Weitere Details sind in [2] veröffentlicht.

Zur Berücksichtigung von Imperfektionen wird die Stütze im Modell in Anlehnung an [8] um das Stichmaß e = l/2000 ausgelenkt. Das Versagen der Stütze wird durch ein Verformungsund ein Gleichgewichtskriterium definiert. Sobald während der Berechnung eines der beiden Kriterien nicht erfüllt wird, wird der entsprechende Systemzustand als Versagen des Bauteils aufgefasst.

3.1 Axialverformungen Die Ergebnisse der Verformungsberechnungen mit den unterschiedlichen Materialkennwertfunktionen sind in Bild 5 im Vergleich zu den Versuchsergebnissen dargestellt. Die berechneten Verschiebungen der Stütze zeigen für die aus den eigenen Versuchen ermittelten Materialkennwertfunktionen eine relativ gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen (Bild 5 rechts). Die Wahl der Funktion für die Festigkeit hat auf die Verformungen keinen signifikanten Einfluss. Dies liegt daran, dass die Verformung im Wesentlichen durch die Bruchdehnung εc1(T) bzw. den E-Modul bestimmt wird und die Festigkeit in dem Materialmodell nach Gl. (1) nur den Nachbruchbereich beeinflusst. Bei der Verwendung der Materialkennwertfunktionen des Eurocodes wird das Verformungsverhalten jedoch sehr stark überschätzt (Bild 5 links). Die Ursache liegt in der nach [1] zu geringen Bruchdehnung εc1 (T), in der die hohen instationären Kriechanteile des HFB nicht erfasst werden. Die sehr ungenaue Approximation des tatsächlichen Verformungsverhaltens von HFB durch das EurocodeModell bewirkt jedoch bei Stahlbetonstützen mit zunehmendem Einfluss geometrischer Nichtlinearitäten eine Vergrößerung des Fehlers in der berechneten Feuerwiderstandsdauer. Dies ist besonders für Kragstützen von großer und sicherheitsrelevanter Bedeutung. Es ist somit eindeutig, dass die in [1] beschriebenen Kennwertfunktionen für die Bruchdehnung εc1 zur Berechnung des Brandverhaltens von Stützen aus HFB nicht geeignet sind.

3.2 Feuerwiderstandsdauer Der Versagenszeitpunkt, d. h. die Feuerwiderstandsdauer, wird entscheidend durch die Festigkeit bestimmt. Die Ergebnisse der Berechnungen mit verschiedenen Materialkennwertfunktionen fc (T) sind in Bild 6 dargestellt. Die experimentell ermittelte Feuerwiderstandsdauer lag bei 116 Minuten. Sofern die Funktionen für die Festig-

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S. Huismann/M. Korzen/A. Rogge · Entwicklung und Anwendung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung

120

180

e = l / 2000

fc (EC 2) (C90/105)

-5

Bruchdehnung aus EC 2

Axialverschiebung u [mm]

Experiment

fc (EC 2)

3,6 m

Axialverschiebung u [mm]

-5

60 e = l / 2000

120

Experiment

fc (minimum) F

10 15

180

E (T) jeweils identisch

3,6 m

fc (instationär) fc (stationär, α = 0) fc (stationär, α = 0,2)

Feuerwiderstandsdauer [min]

Bild 5. Berechnete und gemessene Axialverschiebungen mit verschiedenen Funktionen der Materialparameter (links: Eurocode 2, rechts: eigene Materialkennwertfunktionen) Fig. 5. Calculated and measured axial displacements for different functions of material parameters (left: Eurocode 2, right: own material functions)

240 180

151

131

154

177 132

120 Experiment: 116 minutes

60 0

113

EC 2 NB

EC 2 C90/105

E (T) and εth (T) aus EC 2

stationär

α=0

α = 0,2

instationär

Minimum

E (T) and εth (T) aus instationären Kriechversuchen

Bild 6. Berechnete Feuerwiderstandsdauern bei Annahme verschiedener Funktionen für die Druckfestigkeit Fig. 6. Calculated fire resistance times according to different assumptions for the compression strength

keit in dem gesamten Temperaturbereich aus den stationären Versuchen abgeleitet werden, wird die Feuerwiderstandsdauer auch bei Berücksichtigung von Imperfektionen deutlich überschätzt. So ergibt sich z. B. mit der Funktion fc (stationär, α = 0,2) eine gegenüber dem Versuch ca. 50 % höhere Feuerwiderstandsdauer. Mit der Funktion fc (instationär) wird die Feuerwiderstandsdauer zwar ebenfalls etwas überschätzt, doch der Fehler liegt nur noch bei ca. 13 %. Gleiches gilt für die Funktion fc des HFB (C90/105) aus dem Eurocode. Mit der Funktion fc (minimum) wird die Feuerwiderstandsdauer dagegen um 2–3 % unterschätzt. Zur realitätsnahen Berechnung der Feuerwiderstandsdauer sollte demnach die Funktion fc (minimum) für die Festigkeit gewählt werden. Dies bedeutet für die Bestimmung der Materialkennwertfunktionen, dass die Druckfestigkeit aus den instationären Kriechversuchen abgeleitet werden sollte. Die Werte des Eurocodes sollten dabei nicht überschritten werden.

376

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Die Ursache für die relativ guten Berechnungsergebnisse der Feuerwiderstandsdauer mit den Funktionen fc (instationär) bzw. fc (minimum) ist auf die axiale Spannungsverteilung im Stützenquerschnitt zurückzuführen. Denn die Spannungen lagern sich mit zunehmender Beanspruchungszeit aufgrund der abnehmenden Steifigkeit aus dem Randbereich des Querschnitts in den inneren Bereich des Querschnitts um. Dort sind die Temperaturen deutlich geringer und die Steifigkeiten höher. Allerdings liegen die Festigkeiten der Funktionen fc (instationär) bzw. fc (minimum) insbesondere in dem dort vorliegenden Temperaturbereich deutlich unter den Werten der Funktionen fc (stationär, α = 0) und fc (stationär, α = 0,2). Die Bruchspannung bzw. Bruchdehnung wird also für die Funktionen fc (instationär) bzw. fc (minimum) mit zunehmender Temperaturerhöhung deutlich früher erreicht. Da sich die Spannungen dann nicht mehr in andere Bereiche des Querschnitts umlagern können, versagt die Stütze.

3.3 Querverformungen Der Versagensmodus der Stütze dient zusätzlich der Bewertung der Materialkennwertfunktionen. Er wird anhand der Querverschiebungen bestimmt. Sofern die Kurven zum Versagenszeitpunkt eine nahezu vertikale Tangente an die Verschiebungskurve aufweisen, handelt es sich um Stabilitätsversagen, bei dem die Stütze seitlich ausknickt. Andernfalls liegt Querschnittsversagen vor. Die Analyse der berechneten Querverschiebungen in Bild 7 (links) zeigt, dass es sich bei Ansatz der Funktionen fc (stationär, α = 0) und fc (stationär, α = 0,2) sowie der Funktionen fc (EC 2 NB) und fc (EC 2 C90/105) um Stabilitätsversagen handelt. Demgegenüber wird mit den Funktionen fc (instationär) und fc (minimum) Querschnittsversagen berechnet. Dies zeigt sich durch eine deutlich flachere Steigung im zeitlichen Verlauf der Querverschiebung zum Versagenszeitpunkt. Da das Querschnittsversagen den Beobachtun-

S. Huismann/M. Korzen/A. Rogge · Entwicklung und Anwendung eines allgemeinen Rechenverfahrens für Stahlbetonstützen aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung

-30

-20

EC 2 (NB) EC 2 (C90/105)

-10 0

Stabilitätsversagen Querschnittsversagen

-40

Exzentrizität e = l / 2000

stationär, α = 0,2

-30

3,6 m

-40

-50

Exzentrizität e = l / 2000

Querverschiebung v [mm]

Stabilitätsversagen Querschnittsversagen

3,6 m

Querverschiebung v [mm]

-50

stationär, α = 0

-20 Instationär Minimum

-10 0

120

180

120

180

Bild 7. Berechnete Querverschiebungen mit verschiedenen Funktionen der Materialparameter (links: Eurocode 2, rechts: eigene Materialkennwertfunktionen) Fig. 7. Calculated lateral displacements according to different functions for the material parameters (left: Eurocode 2, right: own material parameter functions)

gen in den Bauteiluntersuchungen entspricht, werden somit die Funktionen fc (instationär) und fc (minimum) als realitätsnah bestätigt. Die Bauteilberechnungen zeigen, dass das Trag- und Verformungsverhalten der zentrisch belasteten Stahlbetonstütze aus HFB unter Brandbeanspruchung mit dem in Abschn. 3 beschriebenen Materialmodell sehr gut abgebildet wird. Dabei ist die Bruchdehnung als primäre charakteristische Kenngröße aus den instationären Kriechversuchen abzuleiten. Die Druckfestigkeit als sekundäre charakteristische Kenngröße muss bis 400 °C ebenfalls aus den instationären Kriechversuchen abgeleitet werden. Die Werte des Eurocodes dürfen dabei nicht überschritten werden.

4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Auf der Grundlage experimentell ermittelter Materialkennwertfunktionen wurde ein Materialmodell für hochfesten Beton unter thermomechanischer Beanspruchung entwickelt und validiert. Mit diesem Modell konnte das Trag- und Verformungsverhalten einer geprüften Stahlbetonstütze aus hochfestem Beton unter Brandbeanspruchung hinreichend genau abgebildet werden. Die charakteristischen Kenngrößen dieses Modells sind die Bruchdehnung und die Druckfestigkeit. Die Bruchdehnung beeinflusst hauptsächlich das Verformungsverhalten und wurde aus den instationären Kriechversuchen bestimmt. Die Druckfestigkeit bestimmt maßgebend das Tragverhalten. Die Ergebnisse sind jedoch stark von den Versuchsrandbedingungen abhängig, bei denen die Festigkeit bestimmt wird. So ist sie im instationären Versuch bis ca. 400 °C deutlich geringer als im stationären Druckversuch. Die korrekte Beschreibung der Druckfestigkeit ist jedoch gerade in diesem Temperaturbereich ganz entscheidend. Die axialen Spannungen in der untersuchten Stütze verlagern sich nämlich mit zunehmender Beanspruchungs-

dauer aufgrund der geringeren Temperaturen und damit höheren Steifigkeiten in das Querschnittsinnere, wo die niedrigeren Temperaturen in diesem Bereich liegen. Somit wird das Tragverhalten insbesondere durch die Eigenschaften des Betons in diesem Temperaturbereich beeinflusst. Aus diesem Grund ist die Festigkeit aus den instationären Kriechversuchen abzuleiten. Die Werte des Eurocodes sollten dabei nicht überschritten werden. Mit den in [1] angegebenen Materialbeziehungen wird das Tragverhalten deutlich überschätzt. Dies ist im Wesentlichen in der Überbewertung der Druckfestigkeit begründet. Weiterhin wird mit den in [1] angegebenen Materialbeziehungen eine zu geringe Verformung berechnet, was vor allem an der zu geringen Bruchdehnung εc1 liegt. Die hohen Kriechverformungen des hochfesten Betons werden somit nicht richtig erfasst. Dieser Fehler gewinnt mit zunehmendem Einfluss geometrischer Nichtlinearitäten an Bedeutung. Als Extremfall seien hier die Kragstützen genannt, für die eine zu ungenaue Approximation der Verformungen zu einer deutlichen Überschätzung der Feuerwiderstandsdauer führt. Aus diesem Grund sollten die Materialkennwertfunktionen des Eurocodes 2 für den HFB korrigiert werden. Dabei ist die Festigkeit insbesondere im Temperaturbereich bis 300 °C zu reduzieren und die Bruchdehnung im gesamten Temperaturbereich zu erhöhen. Literatur [1] DIN EN 1992-1-2:2004: Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1–2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall. Berlin: Beuth Verlag 2010. [2] Huismann S.: Materialverhalten von hochfestem Beton unter thermomechanischer Beanspruchung. Heft 590, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 2010. [3] Huismann S.; Weise F. and Schneider U.: Influence of the preload on the mechanical properties of high strength con-

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crete at high temperatures. Proceedings of the 1st International Workshop on Concrete Spalling due to Fire Exposure, Leipzig. pp. 189–200, 2009. [4] Huismann S.; Weise F.; Meng B. and Schneider U.: Influence of polypropylene fibres (PP-fibres) on the thermal strain of high strength concrete at high temperatures, Proceedings of the 6th International Conference of Structures in Fire 2010, Michigan (USA). pp. 719–726, 2010. [5] Huismann S.; Weise F.; Meng B. and Schneider U.: Transient strain of high strength concrete at elevated temperatures and the impact of polypropylene fibers. Materials and Structures (2011), pp. 1–9. (DOI: 10.1617/s11527-011-9798-6). [6] Thorenfeldt E.; Tomaszewicz A. and Jensen J.J.: Mechanical properties of high-strength concrete and application in design. Proceedings of Utilization of high strength concrete, Stavanger 1987, Norway. pp. 149–159. [7] Schneider U.; Diederichs U.; Ehm C.; Hinrichsmeyer K. und Wydra W.: Sonderforschungsbereich 148, Hochtemperaturverhalten von Festbeton. TU Braunschweig, Braunschweig, 1987. [8] Richter E.: Zur Berechnung der Biegetragfähigkeit brandbeanspruchter Spannbetonbauteile unter Berücksichtigung geeigneter Vereinfachungen für die Materialgesetze. Dissertation, TU-Braunschweig, 1987. [9] DIANA Finite Element Analysis, “User’s Manual Release 9.2”, 2007.

Dr.techn. Sven Huismann Krebs und Kiefer Beratende Ingenieure für das Bauwesen GmbH Rudi-Dutschke-Straße 9 10969 Berlin hui@b.kuk.de

Dr.-Ing. Manfred Korzen BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Fachbereich 7.3 Brandingenieurwesen Unter den Eichen 87 12205 Berlin manfred.korzen@bam.de

Dir. und Prof. Dr.-Ing. Andreas Rogge BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Abteilung 7 Bauwerkssicherheit Unter den Eichen 87 12205 Berlin andreas.rogge@bam.de

Aktuelles Natürliche Optik aus Beton: Eisbärenanlage im Tierpark Hellabrunn Im Tierpark Hellabrunn in München wirkt eine künstliche Anlage aus Beton wie eine natürliche Felslandschaft aus Nagelfluh. Mit einer neu gestalteten Naturlandschaft kam der Tierpark den Bedürfnissen der Tiere entgegen und ließ das bestehende Ressort renovieren. Die bisherige Eisbärenanlage stammt aus dem Jahr 1975 und war als Teil des Polariums nach Plänen des ortsansässigen Architekturbüros Peter Lanz entstanden. Das ursprüngliche Gehege wies eine Größe von 960 m² inklusive der Wasserflächen und Mutter-Kind-Gehege auf. Nun verfügt die stark erweiterte Anlage über fast dreimal so viel Fläche. Die neue Eisbärendomäne, die ebenfalls von Lanz Architekten entworfen wurde, gliedert sich in die bisherige Fels- und Eislandschaft sowie in die neu angelegte Tundra und Taiga mit flachem Bachlauf und Naturboden. Verbindendes Element zwischen beiden Bereichen ist eine Felsenhöhle mit Unterwassereinsicht sowie das neu errichtete Mutter-Kind-Haus mit Wurfboxen für die Nachzucht. Ein zoologischer Garten muss Anforderungen an moderne Tierhaltung er-

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füllen. Bei einer Sanierung ist auch das Erscheinungsbild Thema; denn ein natürlicher Auftritt kommt den geänderten Sehgewohnheiten der Besucher entgegen. So entschied man sich in München, auf die geologische Situation an der Hangkante der Isar einzugehen und die Bauten in Nagelfluh-Optik auszuführen. Mit Stampfbeton nach römischem Vorbild ließ sich die gewünschte Optik realisieren. Für ein möglichst natürliches Resultat fanden im Vorfeld Laborversuche zur Einstellung der Eigenschaften sowie zur Einfärbung mit Pigmenten statt. Der Beton wurde schichtweise in die Schalung eingebracht und mit Stampfern verdichtet. Nach dem Aus-

schalen wurde die noch plastische Betonoberfläche weitermodelliert. Zusätzlich wurden einzelne größere Kiesel und natürliche Gesteinsbrocken von Nagelfluh nach Augenmaß platziert und fixiert. Nach Erreichen der gewünschten Festigkeit wurde die Steinoberfläche nochmals mit Brechstangen, Hämmern und Wasserstrahl bearbeitet und freigelegt. Die auf diese Weise entstandenen Gesteinsschichten ähneln einem bewitterten Nagelfluh so überzeugend, dass der Tierpark Hellabrunn inzwischen Stampfbeton auch an anderen Stellen für die Modellierung des Gesteins einsetzt. Th.

Natürliche Optik aus Beton für die Eisbärenanlage im Tierpark Hellabrunn (Foto: HeidelbergCement/Fuchs)

Fachthemen Hamid Sadegh-Azar Hans-Georg Hartmann Pierre Wörndle

DOI: 10.1002/best.201200012

Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken Die Erdbebenauslegung von Bauwerken in Deutschland wie auch in den meisten anderen Ländern der Welt erfolgt deterministisch für ein in der jeweils geltenden Erdbebennorm definiertes Bemessungserdbeben. Das Bemessungsziel ist im Allgemeinen der Nachweis der Standsicherheit und damit der Ausschluss einer Gefährdung von Leib und Leben durch Tragwerksversagen. Hier stellt sich die Frage, was bei einem denkbaren auslegungsüberschreitenden Erdbeben oder bei größeren Nachbeben passieren kann. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass im Allgemeinen eine Aktualisierung der Erdbebennorm zu einer Erhöhung des anzusetzenden Bemessungserdbebens führt. Ist somit für vorhandene Stahlbetonbauwerke direkt Gefahr im Verzug und ist ein Versagen der bestehenden ingenieurmäßig errichteten Strukturen unter Erdbebeneinwirkung anzunehmen? Ziel dieses Beitrags ist es, einige der in der Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken vorhandenen Auslegungsreserven zu identifizieren und anhand eines typischen steifen und eines flexiblen Stahlbetongebäudes zu quantifizieren. Es werden im Wesentlichen die Einflüsse der Erdbebenenergie, der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung, der Rissbildung und des nichtlinearen Materialverhaltens bei Erdbeben untersucht. Safety margins and conservatisms in the seismic design of reinforced concrete buildings The seismic design of buildings in Germany and in most other countries of the world is a deterministic approach using a single code specified design earthquake. The design objective is generally to prevent loss of life by structural collapse. The question is, what will happen in case of a probable earthquake exceeding the design earthquake or in case of possible aftershocks. The past shows, that in most cases the evolution and update of seismic codes is associated with higher earthquakes to be used for design. Now, is there an imminent danger for the existing buildings designed according to a previous code? The objective of this paper is to identify and quantify some of the safety margins inherent in the seismic design of reinforced concrete buildings. In particular, the influences of earthquake energy, soil-structure interaction and cracking and nonlinear material behavior of buildings during earthquake are investigated.

1 Einführung In Deutschland wie auch in den meisten anderen Ländern der Welt wird durch die geltende Erdbebennorm [1] ein Bemessungserdbeben definiert, für das Tragwerke von Gebäuden auszulegen sind. Im Allgemeinen ist ein determi-

nistischer Nachweis der Standsicherheit zu führen und damit eine Gefährdung von Leib und Leben der Menschen im Bauwerk und in dessen unmittelbarer Nähe auszuschließen. Das Bemessungserdbeben wird definiert durch das am Standort mögliche Ereignis, welches eine rechnerische Wiederkehrperiode von 475 Jahren besitzt. Dies entspricht einer jährlichen Überschreitungswahrscheinlichkeit von 2,1 × 10–3 (10 % in 50 Jahren). Der anzunehmende Sicherheitsfaktor auf der Lastseite beträgt normgemäß 1,0. Was könnte nun bei einem auslegungsüberschreitenden Erdbeben oder bei größeren Nachbeben passieren? Einige der in den letzten Jahren aufgetretenen Starkbeben waren solche auslegungsüberschreitende Ereignisse. Hierzu gehört auch das Tohoku Erdbeben 2011 in Japan mit seinen verheerenden Folgen insbesondere in Fukushima. Diese Ereignisse beeinflussen natürlich die Fortentwicklung der Erdbebennormen in Bezug auf das anzunehmende Bemessungserdbeben. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass im Allgemeinen eine Aktualisierung der Erdbebennorm zu einer Erhöhung des anzusetzenden Erdbebens führt. Ist somit für vorhandene Bauwerke Gefahr im Verzug und ist ein Versagen der bestehenden ingenieurmäßig errichteten Stahlbetonstruktur bei Eintritt eines derartigen Starkbebens anzunehmen? Die Erdbebenauslegung eines Bauwerks und seiner Bauteile kann als Berechnungskette aufgefasst werden, die von der Annahme eines Erdbebenherdes und seiner Energieabstrahlung, der Übertragung der seismischen Wellen im Erdkörper, der Erdbebenanregung am Standort, der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung zum Schwingverhalten des Bauwerks und schließlich eines Bau- oder Anlagenteils im Bauwerk führt. Die weitgespannte Aufgabenstellung macht eine Unterteilung des Gesamtproblems in einzelne Berechnungsschritte nötig, deren Resultate als Eingabedaten des nächsten Schrittes Verwendung finden. Die Lösungen der Teilaufgaben wiederum erfordern spezifisches Fachwissen, so z. B. aus den Disziplinen Seismologie, Ingenieurseismologie, Boden- und Baugrunddynamik, Bauwerksdynamik, Tragwerksauslegung, Befestigungstechnik, Rohrleitungs- und Anlagendynamik und -auslegung. Da die einzelnen Schritte in der Regel unabhängig voneinander erfolgen, können Wechselwirkungen über die Schnittstellen hinweg nur in Form von vereinfachenden Konservativitäten eingebracht werden, d. h. in jeder der einzelnen Fachdisziplinen legt man sich auf die „sichere Seite“. Zur Quantifizierung der kumulierten Konservativi-

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H. Sadegh-Azar/H.-G. Hartmann/P. Wörndle · Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken

täten soll die Berechnungskette hier mehr in ihrer Gesamtansicht betrachtet werden (vgl. dazu auch [3]). Ziel dieses Beitrags ist es, in der Erdbebenauslegung vorhandene Auslegungsreserven bis zum Versagen der Struktur zu identifizieren und am Beispiel von zwei unterschiedlichen industriellen Stahlbetongebäuden aufzuzeigen. Auch der Einfluss der Rissbildung und des nichtlinearen Materialverhaltens bei Erdbeben wird hierbei untersucht. Die Auswirkungen der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung werden an einem durch massive Stahlbetonwandscheiben stark ausgesteiften Bauwerk untersucht, da sie hier deutlich ausgeprägt auftreten. Bei einem durch ein flexibles Rahmentragwerk ausgesteiften Bauwerk liegen demgegenüber die wesentlichen Reserven in der plastischen Verformbarkeit der Betonquerschnitte. Die hier beschriebenen Ansätze und Hintergrundinformationen sollen insbesondere dem praktizierenden Ingenieur eine Übersicht über die möglichen Ansätze zur Bewertung bestehender Bauwerke liefern. Eine detaillierte Beschreibung und Herleitung aller Ansätze würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen. Hierfür wird auf weiterführende Literatur verwiesen. Auch sollte beachtet werden, dass durch eine unsachgerechte Ursprungsauslegung (z. B. durch die Anwendung überhöhter Verhaltensbeiwerte) die Auslegungsreserven schnell aufgebraucht oder sogar überschritten sein können.

2 Grundsätzliche Vorgänge bei der Erdbebeneinwirkung auf ein Bauwerk Bei der Betrachtung eines Erdbebens von der Entstehung bis hin zu seiner Einwirkung auf ein Bauwerk (Bild 1) lassen sich drei wesentliche Vorgänge unterscheiden: a) Entstehung seismischer Wellen im Erdbebenherd (Emission): In unterschiedlicher Tiefe der Erdkruste wird durch eine plötzliche Entspannung des Gesteins

entlang einer Scherfuge die in diesem Bereich aufgestaute Deformationsenergie frei. Sie wird größtenteils in Form von Erdbebenwellen in spezifischer Charakteristik abgestrahlt. b) Ausbreitung der seismischen Wellen in der Erdkruste, den geologischen Schichten und den oberflächennahen Bodenschichten (Transmission): Vereinfacht angenommen breiten sich Scher- (SH-Wellen) und Kompressionswellen (P-Wellen) in Erdmantel und Erdkruste kugelförmig aus. An Grenzen zwischen Bodenschichten verschiedener Steifigkeit werden die Wellen gebrochen, teilweise reflektiert und in andere Wellentypen umgeformt. Auf ihrem Ausbreitungsweg nehmen die Amplituden der Wellen ab. Dies geschieht zum einen durch Streuung und Absorption im Erdkörper, zum anderen durch die räumliche Ausbreitung der mitgeführten Energie. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen ist von Steifigkeit und Masse des Bodenmaterials abhängig. Bodensteifigkeit und Geschwindigkeit nehmen ab, je mehr sich die Wellen der Erdoberfläche annähern. Abhängig von der relativen Lage des Standortes zum Bebenherd im Untergrund fallen die Erdbebenwellen im Allgemeinen schräg ein. Ein bedeutsames Phänomen ist der Umstand, dass in Oberflächennähe mit der abnehmenden Wellengeschwindigkeit die Ausbreitungsrichtung immer mehr zur Vertikalen hin abgelenkt wird. Dies bedeutet vereinfacht in etwa vertikal propagierende Wellen im Freifeldbodenprofil am Bauwerksstandort. c) Anregung des Bauwerksfundamentes (Immission): Diese wird beeinflusst durch die Eigenschaften des Baugrundes und des Fundamentes selbst. Durch dessen Geometrie und Steifigkeit wird das Wellenfeld im Boden verändert und es kommt zu Reflexionen, Streuungen und Beugungen. Durch die Steifigkeit des Funda-

Bild 1. Einwirkung eines Erdbebens auf ein Bauwerk Fig. 1. Earthquake impact on a building

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H. Sadegh-Azar/H.-G. Hartmann/P. Wörndle · Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken

mentes wird eine Mittelung der über die Grundfläche unterschiedlichen hochfrequenten Anteile der Bodenbewegungen (Inkohärenz) erzwungen, bei schrägem Welleneinfall oder Einbettung ein genereller Ausgleich der Bodenbewegungen. Dieser Vorgang wird als kinematische Wechselwirkung bezeichnet. Er wird bei der Erdbebenauslegung von Bauwerken in der Regel vernachlässigt, mit Ausnahme von solchen auf tief eingebetteten Fundamenten oder auf Pfahlgründungen.

3 Berechnungsverfahren 3.1 Erdbebeneinwirkung auf das Bauwerk Die Vorgänge a) Emission und b) Transmission sind Gegenstand der Seismologie bzw. Ingenieurseismologie. Berechnungsverfahren und inhärente Konservativitäten werden im vorliegenden Beitrag nicht weiter betrachtet. Die für die Bauwerksberechnung anzusetzenden seismischen Lastannahmen sind als registrierte natürliche Beschleunigungszeitverläufe vorgegeben oder – und das ist der Regelfall – in Form von Bodenantwortspektren, d. h. als Freifeldantwortspektren für einen am Standort einheitlichen Bezugshorizont des Baugrundes. Das Bodenprofil des geologischen Untergrundes und des Baugrundes mit den dynamischen Bodenkennwerten wird dabei berücksichtigt, siehe auch DIN EN 1998-1 [1], Abs. 3.

Der Bezugshorizont ist üblicherweise die Oberkante des Geländes oder die Oberkante einer hinreichend tragfähigen Bodenschicht. Für dynamische Berechnungen werden vielfach aus den Freifeldspektren künstliche Beschleunigungszeitverläufe mit kompatiblen Antwortspektren abgeleitet. Bei in etwa horizontaler Bodenschichtung können die seismischen Baugrundbewegungen mithilfe der Theorie der eindimensionalen Wellenausbreitung in einer Dekonvolutionsberechnung ermittelt werden, Bild 2. Während in größerer Bodentiefe wegen der höheren Steifigkeiten nur geringe Materialdehnungen auftreten, nehmen sie mit abnehmendem Abstand zur Oberfläche zu. Insbesondere bei starken Erdbeben in geringer Entfernung ist dann die Berücksichtigung der nichtlinearen Materialeigenschaften des Bodens unerlässlich, da die Bodensteifigkeiten und Materialdämpfungen ab einer gewissen Dehnung zunehmend von deren Amplitude abhängen. Das nichtlineare Materialverhalten kann näherungsweise berücksichtigt werden, indem in einer iterativen linearen Berechnung die Materialkennwerte den auftretenden Dehnungen schrittweise angepasst werden. Eine Dekonvolution wird angewendet, um die Anregung auf einen anderen Horizont (z. B. Fundamentunterkante) umzurechnen oder zur Berücksichtigung topografischer Verstärkungseffekte (z. B. sehr weiche Bodenschichten bei Pfahlgründungen).

Bild 2. Dekonvolution zur Umrechnung der Anregung auf einen anderen Schichttiefenhorizont (hier von Punkt A auf der Geländeoberfläche zu Punkt B in größerer Tiefe) Fig. 2. Deconvolution for site response analysis (in this case to evaluate seismic response from point A at ground surface to point B at arbitrary depth)

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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H. Sadegh-Azar/H.-G. Hartmann/P. Wörndle · Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken

Bild 3. 3-Schritt-Verfahren bei seismischer Boden-Bauwerk-Wechselwirkung Fig. 3. 3-step method for analysis of seismic soil–structure–interaction

In der Dekonvolution werden mögliche Streuungen der Bodeneigenschaften berücksichtigt. Die resultierenden Ergebnisse werden in der Regel konservativ eingehüllt.

3.2 Boden-Bauwerk-Wechselwirkung Der Vorgang c) Immission und die Bauwerksanalyse sind der eigentliche Gegenstand der vorliegenden Untersuchung. Unter Berücksichtigung der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung kann dieses Problem mit einem Gesamtmodell oder in einem 3-Schritt-Verfahren nach Bild 3 berechnet werden: 1. Teilproblem: Kinematische Wechselwirkung Schritt 1: Ermittlung der Bewegung des masselos gedachten Bauwerks, eingebettet im Baugrund 2. Teilproblem: Träge Wechselwirkung Schritt 2 : Ermittlung der Steifigkeit der Gründung und der Energieabstrahlung im Boden (Impedanz der Gründung) Schritt 3: Dynamische Berechnung des Bauwerksmodells auf den Impedanzen und angeregt durch die in Schritt 1 ermittelte Fundamentbewegung Die dynamische Berechnung der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung wird im Allgemeinen im Frequenzbereich ausgeführt, um die frequenzabhängige Abstrahlungsdämpfung bestmöglich zu erfassen. In der Praxis werden die beiden Teilprobleme jedoch meist vereinfacht behandelt. Bei der kinematischen Wechselwirkung wird vorausgesetzt, dass das Fundament des masselos angenommenen Bauwerks das Wellenfeld nicht beeinflusst. Es kann dann einfach das Freifeldspektrum als seismische Anregung verwendet werden. Bei der trägen Wechselwirkung werden in der Regel die Abstrahlungsdämpfung und häufig die Nachgiebigkeit der Gründung vernachlässigt, d. h. das Bauwerk wird als starr im Boden eingespannt betrachtet. Letzteres ist zulässig, wenn die Baustruktur im Vergleich zur Grün-

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dungssteifigkeit weich ist oder wenn die maßgeblichen Eigenfrequenzen in den Bereich hoher spektraler Erdbebenanregung (Plateaubereich des Spektrums) fallen. Die Berechnung der Gründungssteifigkeit in der dynamischen Boden-Bauwerk-Wechselwirkung ist nur im einfachen Fall des homogenen elastischen Halbraums analytisch möglich. Lösungen für verschiedene Gründungsformen liegen als Ergebnis von numerischen Berechnungen in tabellarischer Form vor, vergleiche z. B. [2]. Für den in der Praxis üblichen geschichteten Baugrund sind diese Lösungen jedoch häufig zu ungenau. Bei Pfahlgründungen sind weitere Effekte zu beachten, vergleiche z. B. [4]. Für einen geschichteten oder unregelmäßigen Baugrund und Gründungen beliebiger Geometrie werden u. a. die Finite-Element (FEM) oder die Rand-Element-Methode (BEM) verwendet. Die marktüblichen Finite-ElementProgramme sind für diesen Zweck nur bedingt geeignet, da Störungen durch Reflexionen an den künstlichen Modellberandungen vermieden werden müssen. Prinzipiell kann dies durch ein entsprechend großes Modell oder durch am Rand angebrachte Dämpfungselemente erreicht werden. In der Praxis ergibt die erste Methode sehr aufwendige und schlecht handhabbare Berechnungsmodelle; die zweite Methode stößt auf Probleme, da die anzusetzenden Dämpfer vom Einfallswinkel der Wellen, ihrem Typ und ihrer Frequenz abhängig sind. Generell ist die Berechnung im Frequenzbereich vorteilhaft, da die physikalischen Beziehungen eine wesentlich einfachere Form annehmen als im Zeitbereich. In der vorliegenden Untersuchung wird die sogenannte Methode der dünnen Schichten (Thin Layer Method) angewendet.

3.3 Analyse von Bauwerk, Bauteilen und Komponenten Mit den in der Praxis vorrangig angewandten Methoden zur Erdbebenüberprüfung und -bemessung wird mit Beschleunigungsantwortspektren und damit mit Kräften ge-

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arbeitet (sogenannte kräftebasierte Methoden). Neuere Methoden arbeiten mit Verschiebungsantwortspektren und Verformungen (sogenannte verformungsbasierte Methoden). Die schadensrelevanten Größen und Zusammenhänge bei Erdbebeneinwirkung sowohl beim Tragwerk als auch bei den nichttragenden Bauteilen können auf diese Weise genauer betrachtet werden. Ein Erdbeben bzw. die dadurch erzeugten Bodenverschiebungen und Trägheitskräfte zwingen einem Tragwerk vor allem horizontal gerichtete relative Verschiebungen und entsprechende Verformungen der Stahlbetonquerschnitte auf. Um im Extremfall einen Kollaps zu vermeiden, muss das Tragwerk derart ausgebildet sein, dass es diese aufgezwungenen Verformungen aufnehmen kann, ohne den Bruchzustand zu erreichen oder dynamisch instabil zu werden. Dabei kann ein plastischer Zustand, d. h. ein Fließen gewisser Teile des Tragwerks, bewusst ausgenutzt werden. Bei der Anwendung der verformungsbasierten Methoden kann die Erdbebensicherheit wirklichkeitsnäher bestimmt werden, was in den meisten Fällen das Aufzeigen einer höheren Erdbebensicherheit als mit kraftbasierten Methoden erlaubt.

schläge als real gemessene natürliche Zeitverläufe, aus denen das Bemessungsspektrum einhüllend abgeleitet wurde (Bild 5). Durch einen energetischen Vergleich der künstlichen und der entsprechenden natürlichen Zeitverläufe kann die Konservativität eines typischen Bemessungsspektrums im Vergleich zu entsprechenden realen Erdbeben quantifiziert werden. Hierfür werden die Energieantwortspektren aller Zeitverläufe ermittelt und gegenübergestellt. In Tabelle 1 sind die wichtigsten Kenndaten der verwendeten künstlichen und natürlichen Zeitverläufe dargestellt. Betrachtet man die Bewegungsdifferentialgleichung eines fußpunkterregten Einmassenschwingers  t + cu + fs = 0 mu

(1)

wobei ut = u + ug die absolute Verschiebung, u die Relativverschiebung und ug die Bodenbeschleunigung ist, kann man durch Integration dieser Gleichung über u folgende Gleichung erhalten:

∫ mu t du + ∫ cu du + ∫ fs du = 0

(2)

4 Konservativitäten in der Berechnungskette 4.1 Sicherheitsreserven im abdeckenden Bemessungsspektrum

Ersetzt man im ersten Term u durch ut – ug erhält man:

In den aktuellen Erdbebennormen wird die Erdbebeneinwirkung im Allgemeinen durch ein Bemessungsspektrum definiert. Dieses basiert zumeist auf statistischen Auswertungen repräsentativer natürlicher seismischer Registrierungen. Hierbei werden teilweise Streuungen, Unsicherheiten und unbekannte Boden- und Herdparameter breit abgedeckt. Das resultierende Spektrum ist in der Regel ein eingehülltes und verbreitertes Spektrum. Basierend auf dem Bemessungsspektrum kann eine Anzahl von kompatiblen künstlichen Erdbeben-Beschleunigungszeitverläufen generiert werden. Bild 4 zeigt ein typisches Bemessungsspektrum und die Spektren der entsprechenden künstlichen Zeitverläufe. Die künstlichen Zeitverläufe decken im Allgemeinen das gesamte Bemessungsspektrum ab und sind demnach energiereicher und haben mehr große Amplitudenaus-

oder

∫ mu t(dut − dug ) + ∫ cu du + ∫ fs du = 0 1 mu 2t + cu du + 2

∫

∫ fs du = ∫ mu t dug

(3)

(4)

Der erste Term ist die kinetische Energie EK, der zweite die Dämpfungsarbeit ED und der dritte die potentielle (elasto-plastische) Energie ES. Die potentielle (elasto-plastische) Energie ES ist hierbei aufgeteilt in die elastische Energie EE und die Hystereseenergie EH (ES = EE + EH). Die Summe dieser drei Energieanteile (rechte Seite der Gleichung) entspricht der Arbeit der Trägheitskraft FB = müt längs des Verschiebungsweges der Fußpunktanregung ug. Diese Energie kann als absolute ins System eingebrachte Bebenarbeit (absolute Erdbebenenergie) bezeichnet werden:

Bild 4. Typisches Bemessungsspektrum und die Spektren der entsprechenden künstlichen (K) und natürlichen (N) Zeitverläufe. Fig. 4. Typical design spectrum and spectra of corresponding artificial (K) and natural (N) time histories

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Bild 5. Vergleich eines typischen künstlichen und natürlichen Beschleunigungszeitverlaufs Fig. 5. Comparison of typical artificial and natural acceleration time history Tabelle1. Relevante Kenndaten der verwendeten künstlichen und natürlichen Zeitverläufe Table 1. Relevant data of the applied artificial and natural time-histories Acceleration Spectrum Intensity (ASI) [m/sec]

Velocity Spectrum Intensity (VSI) [cm]

Housner Intensity [cm]

Zeitverlauf

PGA [m/s2]

PGV [cm/s]

PGD [cm]

Künstlich

Cumulative Absolute Velocity (CAV) [cm/s]

1,99

10,54

2,72

0,29

88,05

310,5

1,40

41,84

35,08

1,99

11,18

3,46

0,28

100,00

307,6

1,41

42,78

34,92

2,00

10,77

4,73

0,26

91,23

300,9

1,40

40,35

35,19

Natürlich

Specific Energy Density [cm2/s]

Arias Intensity [m/s]

2,62

10,96

1,16

0,16

32,31

141,8

1,81

40,52

26,25

1,69

10,20

1,29

0,18

61,36

332,6

1,04

36,98

29,57

1,87

10,89

0,89

0,11

29,61

153,24

1,45

34,53

25,89

 + u  g )u g dt m (u

(5)

Eabs = EK + ED + ES =

∫

t =s

 t du g = mu

∫

t =0

Die eingeleitete Erdbebenenergie Eabs hängt nicht nur von dem Zeitverlauf des Erdbebens ab, sondern auch von der frequenzabhängigen Systemantwort und kann in Form eines Spektrums dargestellt werden. Bei sehr weichen Systemen kann das Beben beliebig stark sein, es wird kaum Energie in die Struktur eingeleitet (z. B. Basisisolierung). Das gleiche gilt für sehr steife Strukturen. Die absolute Erdbebenenergie ist somit ein sehr aussagekräftiger Parameter in Bezug auf die durch das Erdbeben in die Struktur eingeleitete Energie und die daraus resultierenden Schäden. Der aktuelle Kenntnisstand deutet auf eine sehr starke Korrelation zwischen der eingeleiteten absoluten Erdbebenenergie und der resultierenden Bauwerksschädigung hin. Die eingeleitete Energie muss im Bauwerk durch plastisches Verhalten (Hystereseverhalten der einzelnen Bauteile) und Dämpfung abge-

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baut werden. Die Fläche unter einer Hystereseschleife (z. B. der nichtlinearen dynamischen Momenten-Rotations-Kurve) eines Bauteils entspricht hierbei der durch plastisches Verhalten absorbierten Erdbebenenergie im Bauteil. Je größer die eingeleitete Energie, desto größer werden das plastische Verhalten und die resultierende Schädigung. In Bild 6 sind die Energieantwortspektren der natürlichen und künstlichen Zeitverläufe im Vergleich dargestellt. Die Spektren geben die ins System eingeleitete Erdbebenarbeit (in Joule, J = N · m = kgm2/s2) normiert auf eine Einheitsmasse der Struktur an. Dieser Wert entspricht der Summe der kinetischen, elasto-plastischen und durch Dämpfung absorbierten Energie im System. Für durch Erdbeben besonders gefährdete Bauwerke mit maßgeblichen Eigenfrequenzen zwischen etwa 1 und 5 Hz ist die durch die natürlichen Zeitverläufe in das Tragwerk induzierte Energie deutlich geringer als die der künstlichen spektrumkompatiblen Zeitverläufe. Da der Ansatz des typischen Bemessungsspektrums gleichwertig

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Bild 6. Energieantwortspektren (eingeleitete Erdbebenenergie) der künstlichen (rot) und natürlichen (blau) Zeitverläufe Fig. 6. Energy response spectra (induced earthquake energy) of artificial (red) and natural (blue) time histories

mit dem Ansatz spektrumkompatibler Zeitverläufe ist, wird das zu erwartende Schadenspotenzial somit gegenüber dem eines realen Erdbebens (mit natürlichen Zeitverläufen) überschätzt.

4.2 Sicherheitsreserven durch kinematische Wechselwirkung Die kinematische Wechselwirkung beeinflusst die seismische Anregung eines Bauwerks in mehrfacher Weise: a) Die Steifigkeit der Fundamentplatte oder der Kellergeschosse mittelt die Einwirkung der inkohärenten Erdbebenwellen. Stellt man sich eine Sohlplatte an der Geländeoberfläche ohne jegliche Steifigkeit vor, dann variieren die seismischen Bodenbewegungen über die Fundamentfläche. Dies liegt zum einen an Abweichungen vom lotrechten Welleneinfall, zum anderen an der Inkohärenz der ankommenden Wellen. Durch die tatsächlich steife Sohlplatte werden diese unterschiedlichen Bodenbewegungen zu Mittelwerten vereinheitlicht und hochfrequente Anteile werden eliminiert. Der Effekt entspricht einem Tiefpassfilter. Die Abminderung der Anregung hängt von den Abmessungen der Fundamentfläche und der Anregungsperiode bzw. -frequenz ab. b) Durch eine Einbettung des Bauwerks im Boden wird die seismische Anregung über die Einbettungstiefe gemittelt. Ein Erdbeben regt das Bauwerk im Wesentlichen über die Fundamentsohle an. Die Beschleunigungsamplituden können hier deutlich geringer sein als an der Geländeoberkante im Freifeld (s. Dekonvolution). c) Eine Pfahlgründung, insbesondere eine solche aus vielen Pfählen, kann die seismische Bewegung einer weichen Bodenschicht signifikant vermindern. Allerdings

ist zu beachten, dass dadurch in den Pfählen Biegeund Schubbeanspruchungen entstehen. Diese Effekte werden in der üblichen Erdbebenauslegung von Bauwerken vernachlässigt. Anhand der folgenden Beispiele soll der Einfluss einiger Effekte untersucht und quantifiziert werden. a) Reduzierung der Anregung durch die Steifigkeit des Fundamentes Eine genaue Berücksichtigung dieses Effekts ist nur durch sehr umfangreiche Untersuchungen möglich, die in der Praxis für normale Bauwerke kaum gerechtfertigt sind. Es gibt mehrere vereinfachte Ansätze zur Berücksichtigung dieses Effekts. In der US-Richtlinie FEMA 440 [6] werden z. B. vereinfachte Übertragungsfunktionen zur Berücksichtigung des Einflusses der Fundamentmittelung angegeben. Diese zeigen das Verhältnis der Bewegungen des masselosen Fundamentes (FIM, foundation input motion) zu der des Freifeldes. Die Angaben beruhen auf Modellberechnungen von starren Kreis- und Rechteckfundamenten auf elastischem Halbraum angeregt durch inkohärente SH-Wellen mit lotrechtem oder mit schrägem Einfall. Unter Vernachlässigung der Abweichung des Einfallwinkels von der Lotrechten und mit einigen vereinfachenden Annahmen wird folgende Funktion in Abhängigkeit von der Kreisfrequenz ω empfohlen: HFIM(ω) = 1 −

1 ⋅ (ω ⋅ be )1.2 ≥ HFIM(2 ⋅ π ⋅ 5 Hz) 30800

(6)

mit ! effektive Fundamentbreite be = "!a!!· b a, b Abmessungen der rechteckigen Fundamentfläche

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Bild 7. Steifes Referenzgebäude – mit Schubwänden ausgesteiftes Stahlbetongebäude Fig. 7. Stiff reference building – reinforced concrete shear wall building

Bild 8. Filterfunktion der Bewegung FIM/Freifeld aus Inkohärenz für das steife Referenzgebäude und ein größeres Gebäude zum Vergleich Fig. 8. Filter function of FIM (foundation input motion)/ free field motion for the stiff reference building and a larger building

Diese kann als Tiefpassfilter auf die Beschleunigungsanregungen angewendet werden. Um diesen Effekt zu quantifizieren, wird das in Bild 7 dargestellte steife Referenzgebäude untersucht. Das mit Schubwänden ausgesteifte Stahlbetongebäude ist 40 m lang und 14 m breit. Es ist bei –5,5 m unter Gelände gegründet und hat eine maximale Höhe von 8,3 m über GOK. Der im Boden eingebettete Teil mit 40 cm dicken Außenwänden, der 1,0 m dicken Sohlplatte, massiven Decken und Querwänden stellt einen steifen Kasten dar. Das Bauwerk oberhalb GOK ist ebenfalls gut durch Dach und Längs- und Querwände aus Stahlbeton ausgesteift. Die bei Erdbeben wirksame Gesamtmasse des Bauwerks einschließlich Sohlplatte beträgt etwa 4300 t. Der Baugrund besteht aus mitteldicht bis dicht gelagertem rolligem Boden mit ausgeprägter Schichtung.

386

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Bild 9. Ergebnisse einer Dekonvolutionsberechnung (Antwortspektren in Abhängigkeit von der Tiefe t unter Geländeoberfläche) Fig. 9. Site response analysis results (response spectra for various depths t below ground surface)

Für das steife Referenzgebäude (a = 40 m, b = 14 m) ergibt sich die Filterfunktion nach Bild 8. Die Anregung oberhalb 5 Hz wird somit auf etwa 92 % reduziert. Zum Vergleich ist auch die entsprechende Funktion für ein größeres Gebäude (a = 57 m, b = 31 m) eingetragen. Hier beträgt die Anregung oberhalb 5 Hz nur etwa 76 % derjenigen im Freifeld. b) Reduzierung der Anregung durch Einbettung Bild 9 zeigt die Ergebnisse einer Dekonvolutionsberechnung wie in Abschn. 3.1 beschrieben für unterschiedliche Einbettungstiefen. Die Streuungen der Bodeneigenschaften sind dabei berücksichtigt worden. Wie ersichtlich, nimmt die Erdbebenanregung mit der Tiefe deutlich ab. Für das steife Referenzgebäude ergibt sich in der dynamischen Berechnung eine Abminderung der seismischen Anregung auf etwa 85 %.

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4.3 Sicherheitsreserven durch Abstrahlungsdämpfung im Baugrund (Impedanzen) Ein Bauwerk auf nachgiebiger Gründung wird durch Erdbeben zu Schwingungen angeregt, wobei wiederum Wellen im umgebenden Baugrund erzeugt werden, die das seismische Wellenfeld überlagern. Die durch die Anregung des Bauwerks eingetragene Energie wird auf diese Weise zum großen Teil wieder in die Umgebung abgestrahlt. Dieser Vorgang wird als träge Wechselwirkung bezeichnet und kann in Form einer Impedanzfunktion (vergleiche Bild 3) bzw. der Abstrahlungsdämpfung dargestellt werden. Die Bedeutung dieses Effekts ist vom Bauwerkstyp abhängig und tritt deutlich ausgeprägt bei massigen oder steifen Gebäuden auf, z. B. bei dem steifen Referenzgebäude gemäß Bild 7. Bei einem flexiblen Rahmentragwerk (vergleiche auch flexibles Referenzgebäude gemäß Bild 12) liegen demgegenüber die eigentlichen Reserven in der plastischen Verformbarkeit der Betonquerschnitte, vergleiche Abschn. 4.4. Das steife Referenzgebäude ist etwa 5,5 m tief im Baugrund eingebettet. Hinsichtlich der Gründungssteifigkeit ist die Einbettung jedoch nur eingeschränkt ansetzbar, da Verfüllung und Verdichtung des ehemaligen Ar-

beitsraums in der Regel unkontrolliert erfolgen. Man muss bei Erdbeben mit Sackungen bzw. Spaltbildung zwischen Boden und Kellerwand rechnen. In dynamischen Berechnungen der Abstrahlungsdämpfung wird der Einfluss der Einbettung daher üblicherweise ganz vernachlässigt. Die Einbettung kann jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Gründungssteifigkeit und vor allem auf die Dämpfung haben. Im vorliegenden Beispiel soll die Einbettung bis zur halben Tiefe berücksichtigt werden. Es werden in Bild 10 die frequenzabhängigen Impedanzfunktionen (d. h. globale dynamische Steifigkeiten) der als starr idealisierten Gründung mit und ohne Einbettung verglichen. Die Bilder zeigen Real- und Imaginärteil der Impedanzen für Horizontal- und Kippbewegung der Gründung. Die Einbettung erhöht die Horizontalsteifigkeit der Gründung um etwa 25 % und die Kippsteifigkeit um 60 %. Es ist zu berücksichtigen, dass die Vergrößerungsfaktoren mit ihrer Quadratwurzel in die Resonanzfrequenzen des Bauwerks eingehen. Der Vergleich der Impedanzfunktionen zeigt, dass die ohnehin große Abstrahlungsdämpfung durch die größere Kontaktfläche mit dem Baugrund weiter deutlich ansteigt. In Bild 11 ist die frequenzabhängige

Bild 10. Impedanzen der Gründung (horizontal und Kippen) mit und ohne Einbettung (Real- und Imaginärteile) Fig. 10. Impedances of foundation (horizontal and rocking) with and without embedment (Real and imaginary parts)

Bild 11. Dämpfung in der Gründung für Horizontal- und Kippbewegung Fig. 11. Damping of foundation for horizontal and rocking motion

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Dämpfung der Gründung mit und ohne Einbettung dargestellt. Bei einer unteren Resonanzfrequenz von etwa 7 Hz für eine kombinierte Horizontal- und Kippschwingung des Gebäudes ist die Dämpfung größer als 50 % der kritischen Dämpfung. Die Sicherheitsreserven können als Relation der maßgeblichen Schnittkräfte gemäß der hier beschriebenen dynamischen Berechnung zu solchen gemäß dem durch die Erdbebennorm definierten Standardverfahren (z. B. dem Antwortspektrumverfahren) dargestellt werden. Der Reziprokwert dieses Verhältnisses wird als relativer Reservesicherheitsfaktor bezeichnet. Relativ deshalb, weil in der Regel noch weitere Sicherheiten existieren, z. B. aus den Materialfestigkeiten (charakteristische Festigkeit, Nacherhärtung des Betons) oder dem Verhältnis der vorhandenen zur erforderlichen Bewehrung. Nimmt man für das steife Referenzgebäude eine volle Ausnutzung der Tragfähigkeit der Baustruktur durch das Bemessungserdbeben gemäß Standardverfahren an, kann die seismische Anregung um den Reservesicherheitsfaktor bis zum Erreichen der Nachweisgrenze gesteigert werden. Bei maßgeblichen Nachweisen im Tragwerk für Querkräfte und Biegemomente beträgt der Reservesicherheitsfaktor im Mittel etwa 1,8.

4.4 Sicherheitsreserven durch nichtlineares Tragverhalten und Bemessung Die Sicherheitsreserven infolge nichtlinearen Tragverhaltens und bei der Bemessung können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: a) Stahlbetonbauwerke haben die Möglichkeit, durch plastisches Materialverhalten große Mengen der Erdbebenenergie aufzunehmen. Durch das plastische Verhalten wird das Bauwerk zudem weicher und entzieht sich hohen Erdbebenbelastungen. Diesem wichtigen und einflussreichen Effekt wird in den Normen sehr grob und nur durch eine einfache Reduzierung des Bemessungsspektrums Rechnung getragen. b) Die Bemessungsvorschriften selbst enthalten Sicherheitsfaktoren, welche bei der Auslegung immer angesetzt werden. c) Die Bemessung erfolgt mit charakteristischen Werten der Materialfestigkeitseigenschaften. Diese entsprechen den 95%-Fraktilen und sind somit konservativ. Zudem steigt die Festigkeit von Beton mit dem Alter. Grundlage der Bemessung ist jedoch die 28-Tage-Festigkeit. In diesem Abschnitt sollen die Sicherheitsreserven durch nichtlineare dynamische Zeitverlaufsberechnungen an einem Stahlbeton-Rahmentragwerk (flexibles Referenzgebäude gemäß Bild 12) genauer untersucht werden. Das nichtlineare Berechnungsmodell wird auf Grundlage der vorhandenen Schal- und Bewehrungspläne erstellt (Bild 13). Für die Erfassung der nichtlinearen plastischen Effekte der Struktur werden Momentengelenke an den Enden der Stäbe, basierend auf der vorhandenen Bewehrung, eingeführt. Die Bewehrung der Balken des untersuchten Gebäudes ist prinzipiell so ausgeführt, dass im Bereich der Stützmomente die unteren Bewehrungseisen nach oben geführt werden. Die Bewehrung der Stützen ist

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Bild 12. Flexibles Referenzgebäude: Stahlbeton-Rahmentragwerk (Masse eines typischen Rahmens: 614 t, erste Eigenfrequenz f1 = 1,3 Hz) Fig. 12. Flexible reference building: Reinforced concrete frame (mass of a typical single frame: 614 t, first mode frequency f1 = 1,3s)

prinzipiell so ausgeführt, dass jeweils zwei Bügel den Betonquerschnitt mit seinen Längsstäben umfassen (Umschnürungsbewehrung). Das plastische Verhalten der einzelnen Momentengelenke wird vergleichsweise durch folgende Ansätze abgebildet: a) Ansatz der nichtlinearen Kennlinien von Stahl und Stahlbeton für den geschichteten Querschnitt b) Ansatz der vereinfachten standardisierten Kraft-Verformungskurven der Querschnitte nach FEMA 356 [5] Die gewählten nichtlinearen Ansätze des Betons (alter Beton B300) und des Betonstahls (alter Typ IIIb) sind in Bild 14 dargestellt. Die Bruchdehnung des Betonstahls wurde aufgrund des kaltverformten Stahls konservativ auf 10% begrenzt. Bei Ansatz der vollen möglichen Duktilität und der Medianwerte der Festigkeiten wären somit zusätzlich noch weitere, hier nicht berücksichtigte Auslegungsreserven vorhanden (vgl. auch [3] und [9]). Die vereinfachten Ansätze nach FEMA zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit durchgeführten Versuchen zum nichtlinearen Tragverhalten von Stahlbetonstrukturen. Das nichtlineare Verhalten der verschiedenen Bauelemente (Stützen, Riegel und Wände) und die zugehörigen Schädigungsstufen werden durch standardisierte Kraft-Verformungskurven definiert. Diese sind schematisch in Bild 15 dargestellt. Auch die erreichte Schädigungsstufe bei einer Erdbebensimulation ist aus diesen Kurven direkt erkennbar. Es werden nichtlineare dynamische Zeitverlaufsberechnungen bis zu einem globalen Versagen der Struktur durchgeführt. Die ursprünglichen Erdbeben-Zeitverläufe werden schrittweise skaliert, bis die gewünschten Schädigungsstufen erreicht werden. Die Vorgehensweise entspricht einer dynamischen Pushover-Analyse. Hierbei wird die Erdbebenbeanspruchung des Bauwerks stufenweise gesteigert, bis ein globales oder lokales Versagen

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Bild 13. Flexibles Referenzgebäude: Nichtlineares Berechnungsmodell eines typischen Rahmens mit den entsprechenden Momentengelenken Fig. 13. Flexible reference building: Nonlinear analysis model of a typical frame and the corresponding moment hinges

Bild 14. Nichtlineare Ansätze des Betons (B300) und des Betonstahls (Typ IIIb) Fig. 14. Nonlinear material properties of the concrete (B300) and the reinforcement (Typ IIIb)

eintritt. Eine Umlagerung der Beanspruchungen auf alle Bauteilredundanzen wird hierbei berücksichtigt. Die Berechnungen werden mit den Medianwerten der Materialeigenschaften (Festigkeiten und Steifigkeiten) ohne Teilsicherheitsbeiwerte durchgeführt. Die Berechungen werden sowohl mit den künstlichen (spektrum-kompatiblen) als auch den natürlichen Zeitverläufen durchgeführt.

In Bild 16 ist der Energieverlauf für das Referenzgebäude 2 bei Anregung mit einem natürlichen Zeitverlauf dargestellt. Das Bauwerk verhält sich weitgehend elastisch, und die Hystereseenergie EH ist vernachlässigbar klein. Die Erdbebenenergie wird hauptsächlich durch Dämpfung (ED) absorbiert. Bei einer größeren Anregung wird ein Großteil der Erdbebenenergie durch das plastische Verhalten der Struktur (EH) aufgenommen.

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Die Ergebnisse (Schnittgrößen und Verformungen) der dynamischen Berechnungen mit den geschichteten nichtlinearen Momentengelenken (Ansatz a) und den vereinfachten Ansätzen nach FEMA (Ansatz b) unterscheiden sich nur geringfügig. In Bild 17 sind die resultierenden Hystereseschleifen der plastischen Rotation beider Ansät-

Bild 15. Standardisiertes nichtlineares Verhalten eines Bauteils und die zugehörigen Schädigungsstufen Fig. 15. Generalized nonlinear behavior of a structural element and the corresponding performance levels (damage stages)

ze für einen Querschnitt im Rahmen zum Vergleich dargestellt. Die resultierenden nichtlinearen Verschiebungen in Dachhöhe sind in Bild 18 für die drei verwendeten künstlichen Zeitverläufe dargestellt. Bild 19 zeigt diese Verschiebungen für verschiedene Skalierungsfaktoren eines künstlichen Zeitverlaufs. Beim Auftreten von plastischen Verformungen verringert sich die Steifigkeit der Konstruktion. Hierdurch entzieht sich das Gebäude der Erdbebenbewegung und den daraus resultierenden Einwirkungen. Je nach Ausmaß der plastischen Effekte ist diese Verringerung unterschiedlich. In Tabelle 2 wird dargestellt, wie sich die erste Eigenfrequenz der Struktur bei zunehmenden plastischen Verformungen ändert. Die Eigenfrequenzen infolge plastischer Effekte werden anhand der Sekantensteifigkeit direkt aus den ADRS-Diagrammen (vgl. z. B. [6]) für die jeweilige nichtlineare Verschiebung (Performance Point) abgelesen. Die Abminderung der Steifigkeit wird prozentual im Verhältnis zur Ursprungssteifigkeit (ungerissene Querschnitte) beschrieben. Im elastischen ungerissenen Zustand beträgt die erste Eigenfrequenz des Rahmens f1 = 1,3 Hz. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit zunehmender Steigerung des Bemes-

Bild 16. Flexibles Referenzgebäude: Energieverlauf (Anregung: natürlicher Zeitverlauf N1, Skalierung 100 %) Fig 16. Flexible reference building: Energy time history (for natural time history N1, scaling 100 %)

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Bild 17. Vergleich der resultierenden Hystereseschleifen der plastischen Rotation für einen Querschnitt mit den geschichteten nichtlinearen Stabelementen und den vereinfachten Ansätzen nach FEMA Fig. 17. Comparison of the resulting plastic rotation hysteresis curves of a cross section from the nonlinear dynamic analysis using the layered frame element and the simplified FEMA-approach

Bild 18. Nichtlineare Verschiebungen in Dachhöhe für die drei verwendeten künstlichen Zeitverläufe Fig. 18. Nonlinear roof displacements for the three applied artificial time histories

Bild 19. Nichtlineare Verschiebungen in Dachhöhe für verschiedene Skalierungsfaktoren eines künstlichen Zeitverlaufs Fig. 19. Nonlinear roof displacements for various scaling factors of an artificial time history

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Tabelle 2. Abnahme der Steifigkeit und Frequenz bei wachsender Erdbebenbeanspruchung Table 2. Reduction of stiffness and frequency with increasing earthquake intensity

können. Das hier untersuchte Tragwerk des flexiblen Referenzgebäudes kann als weitgehend duktil eingestuft werden. Die gleichen Untersuchungen sind unter Annahme von nichtduktilen Anschlüssen (u. a. Vernachlässigung der umschnürenden Bewehrung) durchgeführt worden. Hier konnten die Erdbebenlasten (Zeitverläufe) um ca. den Faktor 1,6 angehoben werden, bis es zu einem rechnerischen Versagen der Struktur kam.

Skalierung des Bemessungsspektrums

1. Eigenfrequenz [Hz]

Bauwerkssteifigkeit in % der Ursprungssteifigkeit (ungerissene Querschnitte)

100 %

1,08

5 Bewertung der Ergebnisse

200 %

0,89

250 %

0,82

300 %

0,76

350 %

0,73

In der gesamten Berechnungskette vom Erdbebenherd bis zum Nachweis eines Bau- oder Anlagenteils im Gebäude liegen Reserven und Konservativitäten vor, die bei der Auslegung in der Praxis nicht genutzt oder angesetzt werden. Der Aufwand und Umfang für eine realitätsnahe und unkonservative Erdbebenauslegung wäre in der Praxis zu hoch. Einige dieser Reserven und Konservativitäten wurden in diesem Beitrag untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Sicherheitsreserven in einem ingenieurmäßig fachgerecht ausgelegten Gebäude beachtenswert sein können. Bei einem in bestimmten Grenzen auslegungsüberschreitenden Erdbeben oder bei größeren Nachbeben ist für solche Bauwerke kein Versagen des Tragwerks anzunehmen. Bei durch Schubwände gut ausgesteiften Gebäuden ohne strukturelle Schwachstellen spielen die Effekte im Boden die Hauptrolle, da die Gebäude wie Starrkörper auf dem Boden zum Schwingen angeregt werden. Hier können Effekte wie Abheben oder Überschreitung der Bodenpressungen maßgeblich werden. Zum echten Versagen kommt es aber kaum, wenn Bodenverflüssigung ausscheidet. Bei weichen Gebäuden spielen die Effekte in der Struktur und die plastische Energieabsorption die Hauptrolle. Eine duktile Auslegung führt hier zu beträchtlichen Reserven. Es sollte jedoch immer beachtet werden, dass durch eine unsachgerechte Auslegung (z. B. durch die Anwendung überhöhter Verhaltensbeiwerte) die Auslegungsreserven schnell aufgebraucht oder sogar überschritten sein können. Insbesondere bei der Bemessung neuer Baustrukturen sollte daher der Ansatz der Verhaltensbeiwerte (Duktilitätsfaktoren) sehr vorsichtig und konservativ erfolgen.

sungsbebens und damit einhergehenden größeren plastischen Verformungen die Steifigkeitsabminderung der Struktur voranschreitet. Die Ergebnisse der dynamischen Berechnung für die verschiedenen Zeitverlaufstypen sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Wie zu erkennen ist, liegen die Verschiebungen infolge der natürlichen Zeitverläufe deutlich unter denen der künstlichen, wodurch nochmals der überhöhte Energiegehalt der künstlichen Zeitverläufe bestätigt wird. Bei Akzeptanz von plastischen (irreversiblen) Verformungen kann das Bemessungsbeben auf Grundlage von natürlichen Beschleunigungs-Zeitverläufen um ca. den Faktor 4,5 gesteigert werden, bis es zu einem rechnerischen Versagen der Struktur kommt. Bei der Verwendung von künstlich erzeugten Zeitverläufen können die Zeitverläufe nur um ca. Faktor 3,5 gesteigert werden. Da die Stützen im Vergleich zu den Riegeln vergleichsweise schwach bewehrt sind, kommt es zu einer kinematischen Verschieblichkeit des 4. Stockwerks. Die plastischen Gelenke und deren Zustand sind in Bild 20 für den Zeitpunkt der maximalen Verformung (450 % natürlicher Bemessungs-Zeitverlauf) dargestellt. Die durchgeführten Berechnungen zeigen, dass beträchtliche Sicherheitsreserven durch die plastische Energieabsorptionsmöglichkeit der Tragwerke aktiviert werden

Tabelle 3. Zusammenfassung der Ergebnisse der nichtlinearen dynamischen Berechnung Table 3. Summary of the Results of the nonlinear dynamic analysis Maximale Verschiebung des Dachs [cm]

Skalierung der Zeitverläufe

392

Künstliche Zeitverläufe

Natürliche Zeitverläufe

Median

100 %

3,2

2,3

3,0

2,8

2,4

2,7

2,0

2,3

200 %

5,8

4,5

5,8

5,3

4,6

5,2

4,2

4,6

250 %

7,1

5,8

7,2

6,7

5,6

6,5

5,3

5,8

300 %

8,4

7,4

8,6

8,1

6,4

7,4

6,0

6,6

350 %

9,1

8,6

9,8

9,2

7,0

8,2

6,4

7,2

400 %

–

7,5

8,9

6,5

7,6

450 %

–

8,0

9,5

8,0

8,5

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

H. Sadegh-Azar/H.-G. Hartmann/P. Wörndle · Sicherheitsreserven und Konservativitäten in der normgerechten Erdbebenauslegung von Stahlbetonbauwerken

Bild 20. Plastische Gelenke und deren Zustand nach dem Erdbeben (O: Funktionsfähig, Bereich elastischer Verformungen; LS: Noch sicher, Bereich großer plastischer Verformungen; CP: kurz vor Einsturz; C: Einsturz; D: Bereich geringer plastischer Resttragfähigkeiten; E: Keine Resttragfähigkeit) Fig. 20. Plastic hinges and their performance level/damage state after the earthquake (O: Operational level, LS: Life Safety level, CP: Collapse Prevention, C: Collapse, D: Low residual load bearing capacity, E: No residual load bearing capacity)

Literatur [1] DIN EN 1998-1 (2010-12): Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 1: Grundlagen, Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten – Deutsche Fassung Eurocode 8. [2] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik (DGGT): Empfehlungen des Arbeitskreises 1.4 „Baugrunddynamik“, erscheint 2012. [3] Sadegh-Azar, H.: Probabilistische Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke: Detaillierte Ermittlung der Sicherheitsreservefaktoren und deren Streuung für Erdbeben. Jahrestagung Kerntechnik 2009. [4] Sadegh-Azar, H.; Balthaus, H.-G. und Hartmann, H.-G.: Dynamische Steifigkeit von Pfahlgruppen. Bautechnik 86 (2009), Heft 2, S. 99–100. [5] FEMA 356 „Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings“, Federal Emergency Management Agency, Nov. 2000. [6] FEMA 440 „Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures“, Federal Emergency Management Agency, June 2005. [7] Facharbeitskreis Probabilistische Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke: „Methoden zur probabilistischen Sicherheitsanalyse für Kernkraftwerke“, Sept. 2004. [8] ATC-40 (1996): Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings. [9] DIN EN 1992-1-1+NA: Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004 + AC:2010.

Dr.-Ing. Hamid Sadegh-Azar HOCHTIEF Consult IKS Energy Lyoner Straße 25 60528 Frankfurt hamid.sadegh-azar@hochtief.de

Dr.-Ing. Hans-Georg Hartmann IBE-Hartmann Bockenheimer Landstraße 68 60323 Frankfurt ibe-hartmann@online.de

Dipl.-Ing. Pierre Wörndle HOCHTIEF Consult IKS Energy Lyoner Straße 25 60528 Frankfurt pierre.woerndle@hochtief.de

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

393

Fachthemen DOI: 10.1002/best.201200013

Anja Hummeltenberg Manfred Curbach

Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars In diesem Beitrag werden der Entwurf und der Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars und erste experimentelle Ergebnisse vorgestellt. Um das Verhalten von Materialien unter stoßartigen also dynamischen Belastungsbedingungen zu ermitteln, ist der Split-Hopkinson-Bar eine etablierte Versuchsmethode. Dabei ist es möglich, Proben definiert einaxial und mit Verzerrungsraten von 50 bis 150 1/s zu belasten. Mit dem zweiaxialen Versuchsstand soll das Materialverhalten von Betonen unter zweiaxialen dynamischen Belastungszuständen untersucht werden. Daher muss die zu entwickelnde Versuchsanlage hinsichtlich der zu untersuchenden Betone, hinsichtlich der zu untersuchenden Verzerrungsraten bzw. Belastungsgeschwindigkeiten sowie hinsichtlich einer synchronen zweiaxialen Belastung konzipiert werden. Design and construction of a biaxial Split-Hopkinson-Bar The Split-Hopkinson-Bar setup is a widely used method to determine the dynamical properties of materials under high loading rates. From these experiments, a rise of the concrete compression strength with increasing loading rate is known. Furthermore, an increase of compression strength under multiaxial static loading conditions is known. For the purpose to study the effect of multiaxial compression and concurrently high loading rates, a biaxial Split-Hopkinson-Bar has been designed and built up. With this test facility strain rates up to 150 1/s can be reached. The design of this biaxial Split-Hopkinson-Bar requires the consideration of the material strength of the test specimens, the loading rates and the synchronisation of two gas guns.

1 Stoßbeanspruchung von Beton Schlagartige Stoßbelastungen von Beton, wie sie durch Steinschlag im Gebirge, aber auch durch Flugzeugabsturz auf Industrieanlagen oder Fahrzeuganprall an Stützen entstehen können, führen zu hohen Verzerrungsraten und mehrdimensionalen Spannungszuständen im Bauteil. Die Bauteilreaktion auf solche Impaktbelastungen wird dabei sowohl durch das lokale Materialverhalten als auch das globale Tragverhalten beeinflusst und wurde in verschiedenen Arbeiten betrachtet (u. a. Eibl [1], Hummeltenberg et al. [2]). Soll das Materialverhalten hingegen separat betracht werden, so bietet der Split-Hopkinson-Bar die Möglichkeit, Beton einaxial mit einer Druck- oder Zugbeanspruchung zu belasten. Seit Abrams [3] ist bekannt, dass Betone bei Beanspruchung unter hoher Belastungsgeschwindigkeit erhöhte Druck- bzw. Zugfestigkeiten aufweisen. Dies konnte in der Vergangenheit durch eine

394

große Anzahl von Veröffentlichungen bestätigt werden (u. a. Quast et. al. [4]). Des Weiteren beeinflusst im statischen Belastungsfall eine mehraxiale Belastung ebenfalls die Materialfestigkeit. Eine zweiaxiale statische Druckbelastung zieht durch eine Querdehnungsbehinderung und den damit verbundenen stützenden Querdruck eine höhere Festigkeit nach sich. Daher stellt sich hier die Frage: Wie wirkt sich eine mehraxiale dynamische Belastung auf die Materialfestigkeit aus?

2 Prinzip und Anforderungen an den zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar 2.1 Prinzip Während Bertram Hopkinson [5] den zeitlichen Verlauf des Stoßimpulses selbst in seiner Versuchsanlage untersuchte, entwickelte Herbert Kolsky [6] diese Versuchsanlage weiter, um die dynamischen Druckfestigkeiten von verschieden Materialien untersuchen zu können. Zwischen zwei langen Stäben ist eine schmale Probe gleichen Durchmessers angebracht. Auf Eingangs- und Ausgangsstab wird die Materialdehnung mittels Dehnmessstreifen (DMS) bestimmt. Ein Impaktorstab gleichen Durchmessers wie der Eingangsstab wird beschleunigt und stößt auf das Ende des Eingangsstabes. Die dadurch induzierte Kompressionswelle pflanzt sich über den Eingangsstab fort und kann über den DMS 1 (εi) erfasst werden. An der Grenzfläche zwischen Eingangsstab und Probe wird ein Teil der Kompressionswelle reflektiert (εr), der möglichst größere Teil wird durch die Probe transmittiert. Der Vorgang wiederholt sich an der Grenzfläche zwischen Probe und Ausgangsstab. Der hier transmittierte Anteil (εt) der Kompressionswelle wird am DMS 2 detektiert. Am hinteren, offenen Ende des Ausgangsstabes wird die Kompressionswelle in eine Relaxationswelle bzw. Zugwelle gewandelt und pflanzt sich in umgekehrter Richtung durch Probe und Eingangsstab wieder fort. Beispielhaft sind Dehnungen des klassischen einaxialen Split-HopkinsonBars auf der linken Seite in Bild 1 dargestellt. Auf der rechten Seite ist der schematische Aufbau des zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars zu sehen. Während des Versuchs wird die Probe durch die Kompressionswelle plastisch belastet und dabei meist zerstört. Demgegenüber sind Ein- und Ausgangsstab so dimensioniert, dass sie sich unter der aufgebrachten Belastung stets elastisch verhalten.

A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

Bild 1. Messergebnisse bei einem einaxialen Split-Hopkinson-Bar-Versuch und schematischer Aufbau des zweiaxialen SplitHopkinson-Bars Fig. 1. Measurement results of a uniaxial Split-Hopkinson-Bar experiment and sketch of the biaxial Split-Hopkinson-Bar

Für die Herleitung der für die Auswertung der Versuche notwendigen Berechnungen wird hier auf die Literatur [7] verwiesen. Aus den gemessenen Dehnungen können nach der „Drei-Wellen-Theorie“ [3] die Dehnung der Betonprobe concrete specimen (Gl. 1), die Dehnrate (Gl. 2) und die Spannung (Gl. 3) bestimmt werden. ε c(t) =

cb (–ε i(t) + ε r(t) + ε t(t)) ls

εc(t) = εi(t) + εr(t) + εt(t) σ c(t) =

EA b (ε (t) + ε r(t) + ε t(t)) 2A s i

(1) (2) (3)

mit: ls Länge der Probe As Durchmesser der Probe Ab Stabdurchmesser cb Schallgeschwindigkeit im Stab

2.2 Anforderungen an den Split-Hopkinson-Bar Aus dem beschriebenen Messprinzip können folgende Forderungen an den Aufbau des einaxialen Split-Hopkinson-Bars abgeleitet werden (nach Gray [7]): 1. Probe ist im gleichmäßigen, sowohl uniformen als auch uniaxialen Spannungszustand während der Deformation. 2. Eintritts- und Austrittsstab bleiben stets im elastischen Zustand; die Kontaktflächen zur Probe bleiben immer flach und parallel zur Probe. 3. Die Eintritts-, Durchleitungs- und Reflexionsimpulse durchlaufen eine minimale Dispersion während ihrer Durchlaufzeit durch die Stäbe. 4. Die Spannungsverteilung über den Querschnitt von Eintritts- und Austrittsstab ist uniform. Die Messung an der Oberfläche der Stäbe ist repräsentativ für die Spannung im Stab. Die Belastungswelle bewegt sich

als eindimensionale Longitudinalwelle durch den Stab. 5. Die Dehnung der Probe wird durch ein einziges Impulsereignis hervorgerufen. 6. Die Länge der Eingangs- und Ausgangsstäbe muss so groß gewählt werden, dass sich die jeweiligen Eintrittsund Reflexionswellen nicht überlagern und somit messtechnisch auswertbar bleiben. 7. Die Stäbe müssen äußerst gerade sein und sich in ihren Lagerungen ohne Zwängung bewegen können. 8. Das Stabmaterial sollte so gewählt werden, dass ein möglichst großer Anteil der Belastungswelle durch die Probe transmittiert und nur ein kleiner Teil an der Grenzfläche zwischen Eingangsstab und Probe reflektiert wird. Die bisher genannten Anforderungen gelten für den einaxialen Versuchsaufbau. Für den zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar kommen noch zwei weitere Anforderungen hinzu: 9. Die Belastungsereignisse am Beginn der beiden Eingangsstäbe eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars müssen durch geeignete Maßnahmen synchron stattfinden. 10. Das Zusammenstoßen der Stabenden muss verhindert werden, wenn die Probe im Versuch zerstört wurde. Da bei keramischen bzw. Betonwerkstoffen die Forderung nach einer gleichförmigen Belastung der Probe nicht eingehalten werden kann, müssen Korrekturen in die Auswertung der Versuchsergebnisse einfließen.

3 Entwurf des zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars Dem Entwurf der zweiaxialen Split-Hopkinson-Versuchsanlage liegen folgende Überlegungen und Anforderungen zugrunde.

3.1 Belastungstechnik Verschiedene Varianten der Belastungstechnik sind hier denkbar. In Bild 2 sind vier Beispiele für genutzte Belas-

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

b) Vorspannen

c) Explosion

a) Fallgewicht

d) Gasdruckbeschleunigung

Bild 2. Beispiele für genutzte Belastungseinrichtungen in einaxialen Split-Hopkinson-Bars [4 bis 7] Fig. 2. Examples for used loading equipments in uniaxial Split-Hopkinson-Bars [4–7]

tungseinrichtungen in einaxialen Split-Hopkinson-Bars dargestellt. Die Belastung wird über a) ein Fallgewicht [8], b) das Vorspannen des Eingangsstabes [9], c) eine Explosion [10], d) durch Gasdruckbeschleunigung [11] aufgebracht. Die Belastungstechnik muss möglichst kurze Impulsanstiegszeiten ermöglichen. Durch eine steile Impulsanstiegsflanke kann eine möglichst schnelle und gleichmäßige Belastung des Probenquerschnittes ermöglicht werden. In Bild 3 sind Impulsanstiegszeiten für die verschiedenen Belastungsmethoden dargestellt. Dabei zeigen die Belastungstechniken über das Vorspannen als auch durch Gasdruckbeschleunigung den steilsten Anstieg der Belastung. Bei einem zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar muss die gewählte Art der Belastungsauslösung die Möglichkeit bieten, zwei Beschleunigungsanlagen zu synchronisieren. Daher fiel die Wahl für den hier vorgestellten zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar auf Gasdruckbeschleunigung. Die erreichbare Belastungsstärke muss für einen weiten Bereich der Betonfestigkeitsuntersuchung geeignet sein. In der Tabelle 1 ist für verschiedene Betonfestigkeiten das jeweilig zugehörige obere 5 % Quantil (95 % Quantil) der statischen Druckfestigkeit dargestellt. Für die Bemessung der Versuchsanlage werden die maximal erreichbaren Druckfestigkeiten zugrunde gelegt. Zusätzlich ist zu

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Bild 3. Impulsanstiegszeiten der verschiedenen Belastungsmethoden Fig. 3. Impulse rise times for different types of loading equipment

beachten, dass unter mehraxialer statischer Druckbeanspruchung höhere Festigkeiten zu erwarten sind [12]. Durch diese Bandbreite der Betonfestigkeiten werden nicht nur der aufzubauende Prüfdruck, sondern auch die Materialanforderungen an den Prüfstand selbst bestimmt.

A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

Tab. 1. Oberes 5% Quantil der Druckfestigkeit für den einaxialen bzw. zweiaxialen statischen Belastungszustand für verschiedene Betonfestigkeitsklassen Tab. 1. Upper 5% quantile of compressive strength for uniaxial and biaxial statical loading in relation to several strength classes 1-axialer Druck

2-axialer Druck mit Querdehnungsbehinderung

2-axialer Druck ohne Querdehnungsbehinderung

Festigungsklasse

Betonfestigkeit oberes 5% Quantil (N/mm2)

durch Stab aufzunehmende min. Spannung (N/mm2)

entspricht bei 50 mm Würfel min. Kraft F (kN)

durch Stab aufzunehmende min. Spannung (N/mm2)

entspricht bei 50 mm Würfel min. Kraft F (kN)

C8/10*

48.0

120.0

24.0

60.0

C12/15

84.0

210.0

42.0

105.0

C16/20

96.0

240.0

48.0

120.0

C20/25

108.0

270.0

54.0

135.0

C25/30

123.0

307.5

61.5

153.8

C30/37

138.0

345.0

69.0

172.5

C35/45

153.0

382.5

76.5

191.3

C40/50

168.0

420.0

84.0

210.0

C45/55

183.0

457.5

91.5

228.8

C50/60

198.0

495.0

99.0

247.5

C55/67

213.0

532.5

106.5

266.3

C60/75

228.0

570.0

114.0

285.0

C70/85

258.0

645.0

129.0

322.5

C80/95

288.0

720.0

144.0

360.0

C90/105

106

318.0

795.0

159.0

397.5

C100/115

116

348.0

870.0

174.0

435.0

UHPC

208

624.0

1560.0

312.0

780.0

Die Mindestgröße der Betonproben ist ihrerseits über die Größe des Größtkorns limitiert. Nach DIN 1048-2 [13] muss die kleinste Abmessung eines Probekörpers mindestens das Dreifache des Größtkorns des Zuschlages betragen. Im Falle eines 16 mm Größtkorns beträgt die Mindestabmessung des Probekörpers 48 mm. Auf Basis eines Probewürfels mit 50 mm Kantenlänge wurde die aufzubringende statische Kraft entsprechend der Betonfestigkeit errechnet (vgl. Tabelle 1).

3.2 Druckluftbeschleunigungsanlage Die Druckluftbeschleunigungsanlage ist nach dem Aufbauprinzip von Meenken [14] konstruiert (Bild 4). Der Druckluftbehälter ist um den Beschleunigungslauf angebracht. Die Druckluftkammer wird gefüllt, bis der Zieldruck erreicht ist. Der Impaktor fungiert zusammen mit den Dichtringen als Dichtung zwischen Druckkammer und Lauf. Durch einen zusätzlichen Druckluftzugang hinter dem Impaktor kann der Impaktor ein kurzes Stück in den Lauf geschoben werden. Die Druckluft aus der Druckluftkammer strömt schlagartig in den Lauf und beschleunigt den Impaktor in Richtung Eingangsstab. Für die Auslegung der Anlage wurde, unter der Annahme der adiabatischen Entspannung, die Druckluftbehältergröße entsprechend der Zielgeschwindigkeiten festgelegt. Um eine möglichst schnelle Entleerung des Druckluftbehälters

in Richtung des Laufs zu ermöglichen, wurde die Größe der Gasaustrittsbohrungen unter Berücksichtigung des pneumatischen Leitwerts ermittelt.

3.3 Länge der Eingangs- und Ausgangsstäbe Die Länge der Eingangs- bzw. Ausgangsstäbe muss verschiedenen Kriterien entsprechen. 1. Das Verhältnis zwischen der Länge des Eingangsstabes L und seinem Durchmesser D muss so groß sein, dass eine ausschließlich longitudinale Wellenausbreitung angenommen werden kann. Nach Gray [7] wird ein Verhältnis L/D > 20 empfohlen. 2. Die Messung der Eingangs- und der Reflexionswelle muss ohne Überschneidung möglich sein. Das heißt, dass die Stablänge länger als die doppelte Stoßimpulslänge sein muss. L > 2 · Impulslänge. 3. Um Störeinflüsse zu vermeiden, sollten die Eigenfrequenzen des Eingangs- und Ausgangsstabes klein sein. Mit zunehmender Stablänge nimmt die Eigenfrequenz ab. f = c/(2 · L). 4. Um Dispersionseffekte gering zu halten, sollte die Stablänge klein gewählt werden. Um die Kriterien 1 bis 3 zu erfüllen, sollen Eingangs- bzw. Ausgangsstab möglichst lang gewählt werden. Demgegenüber soll nach Kriterium 4 die Stablänge eher kurz sein,

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

Bild 4. Druckluftbeschleunigungsanlage nach dem Prinzip von Meenken [10] Fig. 4. Gas gun basing on the principle of Meenken [10]

um Dispersioneffekte nicht zu verstärken. Aus dem Zusammenwirken aller vier Kriterien wurde die Stablänge auf jeweils 3 m für Eingangs- und Ausgangsstab festgelegt.

3.4 Lagerung und Formtoleranzen der Eingangsund Ausgangsstäbe Die Eingangs- und Ausgangsstäbe müssen zwängungsfrei gelagert werden, da sonst Störstellen entlang des Stabes entstehen. Durch solche Störungen würden Transversalwellen erzeugt werden, die sowohl den Versuchsstand beschädigen könnten als auch die Messergebnisse beeinflussen. Es wurden daher robuste Gleitlager mit Gleitfolien gewählt. Die Geradheitsanforderung an die Stäbe ist ebenfalls eine Forderung, um jegliche Zwängung zu unterbinden. Dabei wurde eine Geradheitsabweichung von maximal 0,1 mm pro Meter Stablänge festgelegt. Beim Richten der Stäbe ist auf die maximale Erwärmungstemperatur zu achten, um die Materialfestigkeit der Stäbe nicht zu verringern. Die Rechtwinkligkeit der Kontaktflächen der Stäbe hat erheblichen Einfluss zum einen auf eine gleichmäßige Belastung der Probe und zum anderen auf die maximal erreichte Spannung in den Stäben selbst und muss daher bei der Fertigung besonders beachtet werden.

3.5 Material der Eingangs- und Ausgangsstäbe Die Auswahl des Stabmaterials wird bestimmt durch die Forderungen nach elastischem Verhalten während der Versuche und möglichst hohem Wellentransmissionsgrad beim Übergang vom Stab zur Probe. In der Tabelle 1 sind für die verschiedenen Betonklassen die durch den Stab aufzunehmenden statischen Druckspannungen angegeben. In Bild 5 ist der Einfluss verschiedener Stabmaterialien auf den Transmissionsanteil dargestellt. Ersichtlich ist, dass Aluminium einen höheren Transmissionsanteil

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Bild 5. Transmissionsanteil in der Probe entsprechend verschiedener Stabmaterialien Fig. 5. Part of transmission through the concrete specimen according to bar material

als Stahl ermöglicht. Mit steigender Betonfestigkeitsklasse erhöht sich auch der transmittierte Anteil der Kompressionswelle durch die Betonprobe. Bei der hier vorgestellten zweiaxialen Split-Hopkinson-Versuchsanlage wurde Aluminium AW-EN 7075 ausgewählt, da es bei hohem Transmissionsgrad eine sehr hohe Zugfestigkeit von 470– 560 N/mm² aufweist.

3.6 Konstruktionsdetails In Bild 6 sind der Entwurf und der realisierte zweiaxiale Split-Hopkinson-Bar dargestellt. Eine würfelförmige Be-

A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

Bild 6. Entwurf und Realisierung eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar Fig. 6. Design and realisation of the biaxial Split-Hopkinosn-Bar

tonprobe befindet sich in zwei zueinander senkrechten Raumachsen zwischen einem jeweils 3 m langen Eingangsund Ausgangsstab. In jeder der beiden senkrecht zueinander angeordneten Achsen wird durch eine Belastungseinrichtung eine Kompressionswelle in den Eingangsstab induziert. Diese pflanzt sich in Betonprobe und Ausgangsstab fort. Auf diese Weise wird der Betonprobekörper durch eine zweiaxiale Impaktbelastung beansprucht. Der Übergang von rundem Stab zur würfelförmigen Probe wird durch Übergangsstücke gewährleistet. Um zu verhindern, dass die Stabenden nach einem Bruch des Probekörpers zusammenstoßen, werden Auffangeinrichtungen über Schellen und Anschlag installiert. Die Synchronisierung des Stoßzeitpunktes der Impaktoren beider Druckluftbeschleunigungsanlagen wird über eine entsprechende programmierbare Steuerung realisiert.

3.7 Messtechnik Über Lichtschrankensysteme werden die Geschwindigkeiten der Impaktoren bestimmt. Um die Dehnungen der Eingangs- und Ausgangsstäbe zu bestimmen, sind auf den Stäben Halbleiter-Dehnmessstreifen appliziert. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit (k-Faktor 150) im Vergleich zu Standard-DMS (k-Faktor 2) muss ihr Spannungssignal nicht nachträglich verstärkt werden und sie können mit einer höheren Abtastrate ausgewertet werden. Bei der hier vorgestellten Anlage werden die Messungen mit einer Abtastrate von 1 MHz aufgezeichnet.

4 Erste Ergebnisse der Synchronisierungsuntersuchungen Für die ersten Untersuchungen des Synchronisierungsgrades wurden die beiden Belastungseinrichtungen mit gleichem Druck beaufschlagt und dann die Impaktoren ausgelöst. Gemessen wurden der Druck beim Auslösen, das Auslösesignal und der Lichtschrankendurchgang der Impaktoren. Damit kann ermittelt werden, wie sich die Auslösecharakteristik der einzelnen Beschleunigungsanlage verhält. In Bild 7 ist das Ergebnis eines Versuchs dargestellt. In dem Diagramm sind die Auslösezeitpunkte, der Druckabfall und der Lichtschrankendurchgang der beiden Anlagen veranschaulicht. Gut ersichtlich ist, dass Auslösezeitpunkt und Druckabfall der beiden Anlagen eng zusammen liegen, die Lichtschrankendurchgänge der Impaktoren jedoch voneinander abweichen. Die Streuung der von den beiden Impaktoren erreichten Geschwindigkeiten ist in Bild 8 dargestellt.

5 Zusammenfassung und Ausblick In diesem Beitrag wurden die Konzeption und der Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars beschrieben. Dabei wurden detailliert die Anforderungen und deren Umsetzung vorgestellt. Erste Ergebnisse der Synchronisierungsversuche konnten gezeigt werden. Derzeit werden die Einflussfaktoren auf die Streuung der Impaktorgeschwindigkeit und des Zeitpunktes des Impaktorstoßes auf den Eingangsstab der beiden Anlagen untersucht. Zu nennen sind hier der Einfluss der Reibung

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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A. Hummeltenberg/M. Curbach · Entwurf und Aufbau eines zweiaxialen Split-Hopkinson-Bars

Literatur

Bild 7. Beispielhaftes Ergebnis eines Versuchs am zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar Fig. 7. Exemplary test result from the biaxial Split-Hopkinson-Bar

Bild 8. Streuung der Impaktorgeschwindigkeiten am zweiaxialen Split-Hopkinson-Bar Fig. 8. Variation of impactor velocities at the biaxial SplitHopkinson-Bar

[1] Eibl, J. und Kreuser, K.: Versuche zum Verhalten unterschiedlicher Stahlsorten in stoßbeanspruchten Platten. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton DAfStb, Heft 369, Berlin: Ernst & Sohn, 1986. [2] Hummeltenberg, A.; Beckmann, B.; Weber, T. und Curbach, M.: Betonplatten unter Stoßbelastung – Fallturmversuche. Beton- und Stahlbetonbau 106 (2011), Heft 3, S. 160–168. [3] Abrams, D. A.: Effect of Rate of Application of Load on the Compressive Strength of Concrete. In: American Society for Testing Materials: Proceedings of the 20th Annual Meeting 17, 2 (1917), pp. 364–377. [4] Quast, M.; Hummeltenberg, A. und Curbach, M.: Hochleistungsleichtbeton unter Impakt. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 1, S. 15–22. [5] Hopkinson, B.: A Method of Measuring the Pressure Produced in the Detonation of High Explosives or by the Impact of Bullets. Philosophical Transactions of the Royal Society London A, 1914. [6] Kolsky, H.: An Investigation of the Mechanical Properties of Materials at very High Rates of Loading. Proceedings of the Physical Society – Section B, 1949. [7] G. T. Gray III.: Classic Split-Hopkinson pressure bar testing, ASM Handbook, Vol. 8 (2000), pp. 462–476. [8] J. Weerheijm: Concrete under impact tensile loading and lateral compression. PhD thesis, November 1992. [9] S. Zheng: Beton bei variierender Dehngeschwindigkeit untersucht mit einer neuen modifizierten Split-HopkinsonBar-Technik. Dissertation, Universität Fridericiana zu Karlsruhe (TH), 1996. [10] J. Weerheijm and J. C. A. M. and Van Doormaal.: Tensile failure of concrete at high loading rates: New test data on strength and fracture energy from instrumented spalling tests. International Journal of Impact Engineering, 34 (2007), pp. 609–626. [11] J. Tedesco, C. A. Ross and R. M. Brunai: Numerical analysis of dynamic split cylinder tests. Computers & Structures, 32 No. 3/4 (1989), pp. 609–624. [12] L. L. Mills and R. M. Zimmerman: Compressive strength of plain concrete under multiaxial loading conditions. ACI-Journal (1970), pp. 802–807. [13] DIN 1048, Teil 2: Prüfverfahren für Beton – Festbeton in Bauwerken und Bauteilen. Beuth Verlag, Berlin, 1991. [14] Thomas Meenken: Charakterisierung niederimpedanter Werkstoffe unter dynamischen Lasten. Schriftenreihe Forschungsergebnisse aus der Kurzzeitdynamik, Band 14, 2008.

des Impaktors im Lauf der Beschleunigungsanlage, Unterschiede in den Undichtigkeiten der beiden Anlagen und Stick-Slip-Effekte beim Vorwärtsschieben den Impaktors über die Dichtringe. Eine Auswertung der einzelnen zeitlichen Bestandteile zeigt, dass circa 2/3 der Asynchronität zwischen den Beschleunigungsanlagen auf eben beschriebene Effekte innerhalb der einzelnen Anlage und circa 1/3 auf Einflussfaktoren außerhalb der Beschleunigungsanlage zurückzuführen sind.

Danksagung

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie unter dem Förderkennzeichen 1501377 gefördert. Die Autoren bedanken sich darüber hinaus bei der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) als Projektträger und besonders bei Herrn Dr. Edalat für die projektbegleitende Betreuung.

400

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Dipl.-Ing. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Anja Hummeltenberg Manfred Curbach anja.hummeltenberg@tu-dresden.de manfred.curbach@tu-dresden.de TU Dresden Institut für Massivbau 01062 Dresden

Fachthemen Tilo Proske Stefan Hainer Mathias Jakob Harald Garrecht Carl-Alexander Graubner

DOI: 10.1002/best.201200002

Stahlbetonbauteile aus klima- und ressourcenschonendem Ökobeton Technische Innovation zur Realisierung nachhaltiger Betonbauwerke Der vorliegende Beitrag präsentiert am Institut für Massivbau der TU Darmstadt durchgeführte Forschungsarbeiten zu klima- und ressourcenschonenden Ökobetonen mit reduziertem Zementklinkergehalt. Es wird gezeigt, dass zur Herstellung von Betonen mit mittlerer Festigkeitsklasse (C20/25–C25/30) der Zementgehalt gegenüber konventionellen Mischungszusammensetzungen auf unter 150 kg/m³ verringert werden kann. Bei Stahlbetonbauteilen, die einem moderaten chemischen und physikalischen Angriff ausgesetzt sind (C30/37, Expositionsklasse XC4, XF1 und XA1), ist es technisch möglich, Betone mit einem Zementgehalt von weniger als 200 kg/m³ zu verwenden. Da die Mischungszusammensetzungen der entwickelten Ökobetone die normativ vorgegebenen Mindestzementgehalte (DIN 1045-2:2008-08) unterschreiten sowie die maximalen Wasserzementwerte überschreiten, wurden umfangreiche Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der Ökobetone durchgeführt. Dabei wurden alle bemessungsrelevanten mechanischen Eigenschaften und die für die Dauerhaftigkeit relevanten Materialkenngrößen der Betone ermittelt. Weiterhin wurde die Eignung der Betone für die industrielle Fertigung bei den Forschungspartnern überprüft. Abschließend wurden mit den Kooperationspartnern aus der Betonfertigteil- und Transportbetonindustrie die baupraktische Anwendbarkeit und die Sichtbetoneigenschaften an großformatigen Bauteilen sowie das Tragverhalten von Bauteilen aus Ökobeton analysiert. Eco-friendly Concrete for Reinforced Concrete Structures – Technical Innovation for Sustainable Buildings This paper presents the results of studies at the Institut für Massivbau of the TU Darmstadt focused on the development of clinker reduced Green Concretes. The research results showed, that concrete with a cement content lower than 150 kg/m³ can be used for interior structures (C20/25–C25/30, exposure class XC1). It is also possible to use concrete for exterior structures (C30/37, exposure class XC4, XF1 and XA1) with less than 200 kg/m³ cement. The cement content of the developed concretes is below the minimum content according to DIN 1045-2:2008-08 and the water-cement ratio exceeds the normative limit value. This requires extensive investigations on the performance of the Green Concretes. In the conducted test all mechanical design-relevant parameters and a number of durability properties of the concrete were determined. The suitability of the concrete during the industrial production has been verified. Full-scale samples were produced for the evaluation of the surface quality and the analyses of the load bearing capacity.

1 Einführung Der Schutz der Umwelt und des Klimas ist eine besondere Herausforderung der globalisierten Gesellschaft im 21. Jahrhundert. Ein Ziel im Rahmen der nationalen und internationalen Bemühungen zum Klimaschutz ist die Verringerung des Ausstoßes von Treibhausgasen, insbesondere des Kohlendioxids mit einer jährlichen Emission von ca. 30 Mrd. t in 2007 [1] bzw. energiebedingt ca. 32 Mrd. t in 2009 [2]. Dem Betonbau kommt dabei eine enorme Bedeutung zu. Dies zeigt sich allein daran, dass mit der Herstellung des Betonausgangsstoffes Zement, mit einer jährlich weltweit produzierten Menge von 3,3 Mrd. t (2010) [3], ca. ein Zwanzigstel der weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen verbunden ist. Vor diesem Hintergrund, dem zunehmenden öffentlichen Interesse und den wirtschaftlichen Folgen müssen die ökologischen Auswirkungen bzw. die Nachhaltigkeitsaspekte verstärkt bei der Planung und Herstellung von Betonbauwerken berücksichtigt werden. Der Werkstoff Beton kann aufgrund seiner mineralischen Zusammensetzung als vergleichsweise umweltfreundlicher Baustoff angesehen werden. Lediglich dem als Bindemittel verwendeten Zement ist ein erhebliches Treibhauspotenzial aus der CO2-Emission zuzuweisen. Dabei entfällt etwa die Hälfte auf die Entsäuerung des Kalksteines bei der Klinkerherstellung, 40 % auf die Brennstoffe beim Brennen des Zementklinkers und je 5 % auf das Mahlen und den Transport [4]. Die Herstellung einer Tonne reinen Portlandzementklinkers ist im Mittel mit einer CO2-Emission von etwa 850 kg verbunden [5]. Ein großes Potenzial für die Reduzierung der Umweltbelastung und des Ressourcenverbrauchs in der Betonbauweise wird auf den Gebieten der Herstellung der Ausgangsstoffe, der Betontechnologie und in der Konstruktion des Bauteils sowie im Bauprozess selbst gesehen (Bild 1) [6]. Im Bereich der Ausgangsstoffe hat die Zementindustrie in den letzten Jahren durch die Weiterentwicklung der Zemente (insbesondere der Portlandkomposit-Zemente, Bild 2) einen wichtigen Beitrag zur Verringerung der Umweltwirkungen im Betonbau geleistet. Weltweit wurde die CO2-Emission von durchschnittlich ca. 750 kg je Tonne Zement in 1990 auf ca. 650 kg je Tonne Zement gesenkt [5]. Ein Problem bildet jedoch die ausreichende Verfügbarkeit und Frühfestigkeit der umweltfreundlichen reaktiven Betonhauptbestandteile wie Steinkohlenflugasche

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Bild 1. Bereiche der ökologischen Optimierung im Betonbau mit Einzelmaßnahmen (Auswahl) Fig. 1. Possibilities for the ecological optimization in concrete construction

Bild 2. Treibhauspotenzial verschiedener Zementarten nach [7] Fig. 2. Global Warming Potential (GWP) of various cement types according to [7]

und Hüttensand. Neuartige Bindemittel wie Celitement [8] und Slagstar [9] werden nach Meinung der Verfasser den portlandklinkerbasierten Zement nicht in relevanten Größenordnungen ersetzen können. Als zielführenderer Ansatz wird der effiziente Einsatz des Portlandzementklinkers bzw. der vorhandenen Zemente im Beton unter Berücksichtigung des vorliegenden Anwendungsfalls angesehen. Von den Autoren wird weiterhin vorgeschlagen, die Entwicklung klinkerreduzierter umweltfreundlicher Zemente insbesondere durch modifizierte betontechnologische Randbedingungen zu unterstützen (vgl. [10]). Auch auf dem Gebiet der Betontechnologie wurde in der Vergangenheit versucht, eine Reduzierung des Klinkergehaltes im Beton zu erreichen. Dabei standen bei der Entwicklung in den 1990er-Jahren zunächst technische Aspekte, wie die Verringerung der Hydratationswärmeentwicklung von Beton für massige Gründungsbauteile, im Vordergrund. Da die Zementgehalte dieser Betone zum Teil deutlich unter den normativen Mindestwerten liegen, wurden entsprechende bauaufsichtliche Zulassungen erwirkt [11 bis 13]. In der jüngeren Vergangenheit fließen bei der Betonentwicklung zunehmend Nachhaltigkeitsaspekte ein [14 bis 18].

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

2 Betontechnologische Vorgehensweise zur Entwicklung klima- und ressourcenschonender Betone Das primäre Ziel bei der Entwicklung von klima- und ressourcenschonenden Ökobetonen ist die Verbesserung der Ökobilanz des Betons, wobei gleichzeitig die erforderlichen technischen Eigenschaften sicherzustellen sind. Des Weiteren sind die Wirtschaftlichkeit der Rezepturen und die Ressourcenverfügbarkeit der Ausgangsstoffe zu beachten, die in der Ökobilanz bisher noch nicht berücksichtigt werden. Der nachfolgend vorgestellte „neuere Ansatz“ zielt auf die Rezepturentwicklung von Betonen für Innen- und Außenbauteile mit geringer bis mittlerer Festigkeit (C20/25–C35/45) und geringem bis moderatem chemisch-physikalischem Angriff. In der Regel wird bei der anwendungsorientierten Entwicklung von einer praxiserprobten Standardrezeptur ausgegangen. Im ersten Schritt wird ein Zement mit hoher Festigkeitsklasse gewählt, welcher vorzugsweise neben Portlandzementklinker weitere Hauptbestandteile wie Kalksteinmehl und Hüttensand enthält. Im zweiten Schritt wird der Wassergehalt der Rezeptur bis zur Verarbeitbarkeitsgrenze abgesenkt. Das aufgrund der Reduzierung des Wassergehaltes fehlende Leimvolumen wird

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Bild 3. Prinzipielle Vorgehensweise bei der Entwicklung von zementreduzierten Ökobetonen Fig. 3. Basic approach to the reduction of cement clinker in the concrete based on traditional concrete

Bild 4. Grafische Darstellung der Entwicklung von zementreduzierten Ökobetonen Fig. 4. Developement of traditional concrete mixtures to cement clinker reduced eco-friendly concretes

durch einen geeigneten Betonzusatzstoff substituiert. Notwendig ist dabei auch die Verwendung eines Hochleistungsfließmittels. Die durch die vorgenommenen Maßnahmen erhöhte Leistungsfähigkeit des Betons erlaubt es, einen signifikanten Anteil des Zementes durch Betonzusatzstoffe zu substituieren. Dabei darf die gewünschte Performance (Festigkeit oder Dauerhaftigkeit) nicht unterschritten werden. In den Bildern 3 und 4 ist diese Vorgehensweise schematisch dargestellt. Eine ausführliche Beschreibung des Prinzips zur Entwicklung von Ökobetonen enthalten [10] und [19].

3 Anwendungsorientierte Entwicklung zementreduzierter Betone Bei der Entwicklung von Ökobetonen sind neben den anwendungsspezifischen Festbetoneigenschaften auch die produktionsbedingten Frisch- und Festbetoneigenschaften zu beachten. Zur Begrenzung der Ausschalfristen bei

der werksmäßigen Produktion legen die Hersteller von Betonfertigteilen großen Wert auf hohe Frühfestigkeiten. Daher wurden bei der Entwicklung derartiger Betone Portlandzemente oder Portlandkomposit-Zemente mit hoher Festigkeitsklasse den Zementen mit langsamer Festigkeitsentwicklung (z. B. CEM III) vorgezogen [20]. Gegenüber dem Fertigteilbeton sind beim Transportbeton die Anforderungen an die Frühfestigkeit nur ein Teilaspekt. Weiterhin muss der Beton über einen wesentlich längeren Zeitraum ausreichend fließfähig und pumpbar sein. Dabei erfordert das sehr geringe Wasser-Mehlkornverhältnis der Ökobetone eine spezielle Abstimmung von Fließmittel und Zement [21]. Die angestrebten Festigkeitsklassen der Betone waren C20/25 für Betone der Expositionsklasse XC1/XC2 und C30/37 für XC4, XF1, XA1. Das Ergebnis der beschriebenen Mischungsentwicklung für Fertigteilbetone ist in [20] und für Transportbetone in den Tabellen 1 und 2 zusammengestellt. Bei Ökobetonen für Innenbauteile war eine Reduzierung des Zementge-

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Tabelle 1. Übersicht der entwickelten Transportbetone für Innenbauteile (Expositionsklasse XC1) Table 1. Overview about the developed ready mix concretes for interior structures Ökobeton I.XC1

Ökobeton II.XC1

Ökobeton III.XC1

Referenzbeton Ref.I.XC1

Werksbeton Werk.I.XC1

CEM I

CEM II

CEM III

CEM I

Expositionsklasse

XC1

Zement [kg/m³]

140

180

240

260

Kalksteinmehl [kg/m³]

210

160

Flugasche [kg/m³]

Fließmittel [kg/m³]

3,6*

3,9*

2,0*

1,0

1,3

Gesamtwasser [kg/m³]

≤ 135

180

175

C20/25

C16/20

C20/25

Mischung Zement

Festigkeitsklasse * PCE-Fließmittel

Tabelle 2. Übersicht der entwickelten Transportbetone für Außenbauteile (Expositionsklassen XC4, XF1, XA1) Table 2. Overview about the developed ready mix concretes for exterior structures Ökobeton I.XC4

Ökobeton II.XC4

Ökobeton III.XC4

Referenzbeton Ref.III.XC4

Werksbeton Werk.I.XC4

CEM I

CEM II

CEM III

CEM I

XC4, XF1, XA1

Zement [kg/m³]

180

220

280

310

Kalksteinmehl [kg/m³]

140

120

Flugasche [kg/m³]

Fließmittel [kg/m³]

3,8*

4,1*

2,3*

2,0

2,5

Gesamtwasser [kg/m³]

≤ 135

168

179

C30/37

C25/30

C30/37

Mischung Zement Expositionsklasse

Festigkeitsklasse * PCE-Fließmittel

haltes der Werksmischung von 260 kg/m³ auf unter 140 kg/m³ möglich, beim Beton für Außenbauteile konnte der Zementgehalt von 310 kg/m³ auf 180 kg/m³ gesenkt werden. Es ist ersichtlich, dass sowohl der Einsatz von CEM I und CEM II- Zementen als auch von CEM III-Zementen höherer Festigkeitsklasse für Öko-Transportbetone möglich ist. Bei der Wahl des Zementes sollte jedoch auf die Materialkosten und die lokale Verfügbarkeit geachtet werden. Bereits in der frühen Entwicklungsphase wurde die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf eine praktische Umsetzung durch Tastversuche im Transportbetonwerk überprüft. Durch Anpassung der Fließmitteldosierung konnten die Konsistenzklassen F4 bis F6 eingestellt werden. Später wurde die Eignung der Betone unter praxisüblichen Randbedingungen auf dem Werksgelände des Kooperationspartners geprüft. Die Herstellung der ersten Probewand aus Ökobeton und die zugehörigen Sichtbetonoberflächen sind im Bild 5 dargestellt. Der Ökobeton ließ sich ohne Probleme pumpen und einbringen. Die Sichtbetonoberflächen von Bauteilen aus Transportbeton und hergestellter Fertigteilelemente waren porenarm. Weiterhin wurden am Bauteil Bohrkerne entnommen. Deren Druckfestigkeiten entsprachen dabei den zu erwartenden

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Werten auf Basis der Festigkeiten der extra hergestellten Probewürfel. Bei der Herstellung der Ökobetone unter Praxisbedingungen ist die erhöhte Sensitivität der Frisch- und Festbetoneigenschaften gegenüber Witterungseinflüssen und variierenden Eigenschaften der Ausgangsstoffe zu beachten. Aufgrund des niedrigen Wassergehaltes und des Einsatzes von PCE betrifft dies insbesondere Schwankungen von Temperatur und Wassergehalt. Begegnet werden kann diesem Sachverhalt durch die Abstimmung von Frischbetontemperatur und Fließmitteleinsatz sowie eine möglichst exakte Bestimmung der Eigenfeuchte der Gesteinskörnungen. Gegebenenfalls ist ein erhöhter Überwachungsaufwand notwendig.

4 Festbetoneigenschaften und Dauerhaftigkeit Im Rahmen der Betonentwicklung wurden bemessungsrelevante Eigenschaften der Innenbauteil-Ökobetone (XC1) und Außenbauteil-Ökobetone (XC4, XF1, XA1) experimentell bestimmt. Eine wissenschaftlich fundierte Bewertung ermöglichte die gleichzeitige Prüfung von Referenzbetonen, welche die normativen Anforderungen an die Mischungszusammensetzung in Abhängigkeit von den Ex-

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Bild 5. Herstellung einer Versuchswand aus dem entwickelten Ökobeton Fig. 5. Pumping test and placement of the eco-friendly concrete

positionsklassen nach DIN 1045-2:2008-08 erfüllen. Weiterhin erfolgte ein Vergleich mit den Angaben zum Materialverhalten in Model Code 2010 (Entwurf 2010). Neben den Festigkeitskennwerten, wie z. B. Druckfestigkeit, Spaltzugfestigkeit und Biegezugfestigkeit, wurden auch Verformungskennwerte wie statischer E-Modul, Last-Verformungsbeziehungen sowie der Stahl-Beton-Verbund analysiert (Tabelle 3). Weiterhin wurde das Kriech- und Schwindverhalten der Betone untersucht. Die Bestimmung des Carbonatisierungswiderstandes, des Wassereindringwiderstandes, des Frost-Tauwechsel-Widerstandes und der Porenverteilung des Betons ermöglichte die Bewertung der Dauerhaftigkeit bei geringem bis moderatem chemisch-physikalischem Angriff. Die wichtigsten an den Ökobetonen ermittelten Materialkenngrößen sind in Tabelle 3 zusammengestellt und wurden in Tabelle 4 einer Bewertung zugeführt. Die Ergebnisse der Materialprüfungen zeigen, dass die entwickelten zementreduzierten Betone hinsichtlich der bemessungsrelevanten mechanischen Festbetoneigenschaften im üblichen Streubereich von konventionellen Betonen der Festigkeitsklassen C20/25 bis C30/37 liegen. Etwas erhöht erscheinen dabei die Werte der Zugfestigkeit und des E-Moduls. Insgesamt bestehen keine Bedenken gegenüber einer Anwendung als Konstruktionsbeton.

Als besonders vorteilhaft gegenüber konventionellen Betonen sind die deutlich geringeren Schwindverkürzungen zu bewerten. Dies wird auch bei einem Vergleich der Messergebnisse mit den Angaben in Model Code 2010 (Entwurf 2010) deutlich (Bilder 6 und 7 sowie Tabelle 4). Die verminderte Schwindneigung resultiert aus dem geringen Wassergehalt der zementreduzierten Betone und der Reduzierung der reaktiven Stoffe im Mehlkornbereich. Die Versuchsergebnisse zum Kriechen des Betons zeigen eine signifikante Verringerung der lastabhängigen Verformungen beim Ökobeton mit CEM III. Demgegenüber lagen die Werte der anderen Ökobetone im üblichen Streubereich (Bild 8). Verglichen mit den normativen Angaben wiesen sowohl die Ökobetone als auch die Referenzbetone aufgrund der geringen Leimgehalte (Wasser und Mehlkorn) um bis zu 60 % geringere Kriechverformungen auf. Ein besonders positiver Effekt, insbesondere bei der Herstellung verformungsbehinderter und massiger Bauteile, ergibt sich durch die verringerte Hydratationswärmeentwicklung der entwickelten Betone. Gegenüber praxisüblichen Werksbetonen reduzierte sich der gemessene maximale Temperaturanstieg im Probekörper bei sonst gleichen Umgebungsbedingungen um mindestens 30 % (Bild 9). Bei Verwendung eines Hochofenzementes (CEM III) ergeben sich noch weitaus geringere Bauteiltemperaturen.

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Tabelle 3. Festbetoneigenschaften der zementreduzierten Transportbetone und der Referenzbetone Table 3. Hardened concrete properties of the cement reduced ready mix concretes and the reference concretes Ref.I.XC1 Ökobeton Ökobeton II.XC1 III.XC1

Mischung Expositionsklasse

fcm

Ökobeton II.XC4

Ökobeton III.XC4

XC1

C16/20

C20/25 (C25/30)

C25/30

C30/37

C30/37 (C35/45)

17,3

12,0

3,6

10,8

3,9

27,5

32,4

31,7

24,3

38,3

37,5

[N/mm²] 28d

31,4

44,8

47,3

41,7

48,2

57,5

56d

33,7

46,1

51,0

47,85

50,7

60,2

91d

35,1

50,7

54,7

51,2

51,9

60,6

Vorgesehene Festigkeitsklasse

Druckfestigkeit Würfel

Ref.III.XC4

XC4, XF1, XA1 XC4, XF1, XA1 XC4, XF1, XA1

Druckfestigkeit Zylinder

fcm

[N/mm²] 28d

23,8

34,9

39,2

40,1

47,5

E-Modul

Ecm

[N/mm²] 28d

29.479

36.319

37.009

36.659

36.533

Biegezugfestigkeit

fct,fl

[N/mm²] 28d

4,5

5,3

6,0

6,1

6,4

Spaltzugfestigkeit

fct,sp

[N/mm²] 28d

2,8

4,1

4,2

4,6

Auszugsversuche ∅ = 10 mm

fbm,0.1mm

[N/mm²] 35d

10,7

20,7

22,5

17,5

25,5

fbm,max

[N/mm²] 35d

12,7

23,1

26,9

22,0

27,3

Wassereindringtiefe Abwitterung (Würfelverfahren)

[cm]

28d

0,9

1,6

0,9

0,5

0,7

1,4

[M.-%]

56d

1,1

5,4

9,6

1,8

3,1

Tabelle 4. Bewertung der in den Materialprüfungen ermittelten Betoneigenschaften Table 4. Evaluation of the concretes based on the performance tests Ökobeton II.XC1 C20/25

Ökobeton III.XC1 C20/25

Ökobeton II.XC4 C30/37

Ökobeton III.XC4 C30/37

Frühfestigkeit

–

Spalt- und Biegezugfestigkeit

Statischer E-Modul

Stahl-Beton-Verbund

Schwinden

Kriechen

Wassereindringwiderstand – WU

Carbonatisierungswiderst. – XC4

Frost-Tau-Widerstand – XF1

Sonstiges

Dauerhaftigkeit

Mechanische Eigenschaften

Bewertung der Betoneigenschaften*

Sulfatwiderstand – XA1 Carbonatisierungswiderst. – XC1

Hydratationswärmeentwicklung

Herstellungskosten

Sichtbetonoberfläche

Überwachung

–

Umweltwirkung

* Bewertung auf Basis der ermittelten Eigenschaften der Referenzbetone (bei den mechanischen Eigenschaften unter Berücksichtigung der Festigkeitsklasse) 0 gleichwertig bzw. im üblichen Streubereich + eher günstig (deutlich höhere Performance als konventioneller Beton) – eher ungünstig (deutlich geringere Performance als konventioneller Beton)

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Bild 6. Zeitlicher Verlauf der Schwindverformungen von Referenz- und Ökobeton Fig. 6. Time dependent shrinkge of the refence and eco-friendly concretes

Bild 7. Vergleich der Messergebnisse zum Schwinden mit den Mittelwerten nach Model Code 2010 Fig. 7. Measured shrinkage versus mean value according to Model Code 2010

Bild 8. Zeitlicher Verlauf der Kriechverformungen von Referenz- und Ökobeton Fig. 8. Time dependent creep deformation of the refence and eco-friendly concretes

Die Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit konzentrierten sich auf die Prüfungen zum Carbonatisierungsverhalten des Betons und zum Widerstand gegenüber Frost-Tauwechsel. Die an Betonprismen der Dimension 10 × 10 × 50 cm3 ermittelten Carbonatisierungstiefen bei einer Lagerung im Normklima von 20 °C und 65 % rel. Feuchte sind in Bild 10 zusammengestellt. Es ist ersichtlich, dass die Ökobetone für Außenbauteile eine gleiche oder geringere Carbonatisierungstiefe aufweisen als der DIN-Referenzbeton Ref.III.XC4 und damit einen ausreichenden Korro-

sionsschutz der Bewehrung sicherstellen können. Auch bei einer 28tägigen Auslagerung in 2 %iger CO2-Konzentration ergab sich ein tendenziell gleiches Ergebnis. Der Widerstand gegenüber Frost-Tauwechsel wurde nach DIN CEN/TS 12390-9 (Würfelverfahren) durchgeführt. Die an den entwickelten Betonen der Festigkeitsklasse C30/37 nach 50 Frost-Tauwechseln ermittelte Abwitterung lag mit ca. 3 M.-% deutlich unter dem in [22] empfohlenen Grenzwert von 5 M.-%. Zusatzuntersuchungen zum Sulfatwiderstand erfolgten an Mörtelprismen mit einer zum Beton äquivalenten Bindemittelzusammenset-

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Bild 9. Hydratationswärmeentwicklung der Ökobetone im Vergleich zu praxisüblichen Werks-Referenzbetonen (Zementgehalt bei Werk.I.XC1 von 260 kg/m³ und Werk.I.XC4 von 310 kg/m³) Fig. 9. Hydration temperature of the cementreduced eco-friendly concretes compared to the traditional concretes (260 kg/m³ cement in Werk.I.XC1 and 310 kg/m³ cement in Werk.I.XC4)

Bild 10. Ergebnis der Carbonatisierungsprüfungen bei Normlagerung Fig. 10. Carbonation depth of the concrete after exposure to normal environment

zung, wobei die Proben in einer wässrigen Lösung mit hoher Sulfatkonzentration (4,4 % Na2SO4) eingelagert wurden. Die an den Mörtelprismen ermittelten geringen Dehnungsdifferenzen weisen auf eine gute Beständigkeit des Ökobetons gegenüber Sulfatangriff hin [23]. Die Dauerhaftigkeitsprüfungen bestätigen, dass die entwickelten Ökobetone der Festigkeitsklasse C30/37 für die Herstellung von Außenbauteilen der Expositionsklasse XC4, XA1 und XF1 geeignet sind.

5 Bauteilversuche Im Anschluss an die Verifizierung der Materialkenngrößen der zementreduzierten Ökobetone sollte die Gleichwertigkeit des Tragverhaltens von Bauteilen aus zementreduzierten Ökobetonen und konventionellen Betonen nachgewiesen werden. Dazu wurden Bauteilversuche an Stahlbetonbalken (70 × 15 × 15 cm3) durchgeführt und dabei das Verformungsverhalten, die Rissbildung, die maximale Traglast und der Versagensmechanismus von Bauteilen aus Ökobetonen und Referenzbetonen untersucht. Weiterhin wurde das Tragverhalten von ergänzten Betonfertigteilen analysiert, bei denen die Verbundfuge bemessungsrelevant ist. Die Versuchskörper wurden im 3-PunktBiegeversuch bei einer Stützweite von 60 cm und mittlerer Lasteinleitung bis zum Versagen belastet. Um verschiede-

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ne vorab definierte Versagensarten zu erzwingen, wurden vier Balkentypen mit variabler Bewehrung ausgeführt (Tabelle 5). Dabei wurde das zu erwartende Last- und Verformungsverhalten auf Basis der im Versuch gemessenen Betoneigenschaften und der Mittelwerte der Berechnungsmodelle für den Tragwiderstand (DIN 1045-1:2008-08 und DAfStb Heft 525) errechnet. Es wurde festgestellt, dass sich das Rissverhalten der Balken aus Ökobeton unter Gebrauchslastniveau nicht vom Rissverhalten des Referenzbauteils unterscheidet. Anhand Tabelle 5 wird weiterhin deutlich, dass die Bauteile aus Ökobeton bezüglich der Traglasten die gleiche Performance wie die Referenzbauteile erreichen. Dies gilt für alle untersuchten Versagensarten. Bei der Querkrafttragfähigkeit des Bauteils aus Ökobeton III.XC1 wurden sogar maximale Traglasten ermittelt, die deutlich oberhalb der rechnerischen Werte liegen. Dieses Verhalten ist vermutlich auf die, im Vergleich mit den anderen Bauteilen steilere Ausbildung der Risse zurückzuführen, Bild 11. Zur Überprüfung des Tragverhaltens von Betonfertigteilen mit Ortbetonergänzung wurde zunächst die Tragfähigkeit der Verbundfuge in Scherversuchen bestimmt (vgl. [20]). Die Reibungsparameter der entwickelten Ökobetone waren dabei gleichwertig mit denen der Referenzbetone. Anschließend wurden Elementdecken aus Ökobeton mit unterschiedlichem Bewehrungsgrad im Fertigteil-

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Tabelle 5. Untersuchte Bauteile mit maximalen Traglasten und Vergleich mit den Rechenwerten Table 5. Maximum bearing load of the tested beams in the ultimate limit state compared to the calculated mean values Bauteiltyp

III

Betonmischung

fcm,cube [N/mm²]

Ref.I.XC1

Ökobeton II.XC1

Ökobeton III.XC1

Asl [cm²]

asw [cm²/m]

Maximallast Versuch [kN]

Rechnerischer Ausnutzungsgrad [%] Biegetragfähigkeit

Querkrafttragfähigkeit

12,7

126

–

15,0

100

–

16,8

112

–

Ref.I.XC1

26,4

113

Ökobeton II.XC1

27,1

117

Ökobeton III.XC1

26,0

109

Ref.I.XC1

47,5

106

Ökobeton II.XC1

57,6

116

Ökobeton III.XC1

76,6

112

142

Ref.I.XC1

115,7

Ökobeton II.XC1

135,6

109

Ökobeton III.XC1

145,0

111

0,5

1,51

3,14

20,1

Bild 11. Rissbilder der Balken aus Referenzbeton und Ökobeton II und III Fig. 11. Crack pattern after the load bearing tests on reference and eco-friendly concrete beams

werk hergestellt. Die mit Ortbeton ergänzten Bauteile wurden im Großversuch bis zum Erreichen der maximalen Tragfähigkeit belastet, Bild 12 und [20]. Auch hierbei zeigte sich ein gleichwertiges Tragverhalten der Bauteile aus Öko- und Referenzbeton.

6 Nachhaltigkeitsaspekte Zur Bewertung der Nachhaltigkeitsaspekte wurde eine Ökobilanzierung der Betone auf Grundlage der Basisdaten aus der Ökobau.dat 2010, der GaBi Datenbank [24], des Netzwerkes Lebenszyklusdaten [25] und der EFCA [26] durchgeführt. Einbezogen wurden die fünf zentralen Wirkungskategorien, über deren Berechnung internationaler Konsens besteht. Dies sind das Treibhauspotenzial, das Ozonabbaupotenzial, das Eutrophierungspotenzial, das Versauerungspotenzial und die bodennahe Ozonbil-

dung. Weiterhin wurde zur Berücksichtigung der energetischen Ressourcen der Primärenergiebedarf (getrennt in erneuerbaren und nicht-erneuerbaren Primärenergiebedarf) ermittelt (Tabelle 6). Die Systemgrenze der Lebenszyklusanalyse bildet der versandfertige Beton am Werkstor. Berücksichtigt wird damit die Herstellung von Roh- und Hilfsstoffen, der Transport der Betonausgangsstoffe zum Betonwerk und die Betonherstellung. Die Transportentfernungen (einfach) betragen für die Zemente, Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel ca. 100 km (LKW) und für die Gesteinskörnung ca. 50 km (Schiff). Als ein Ergebnis der Ökobilanzierung sind in Bild 13 die Treibhauspotenziale der Betone einander gegenübergestellt. Es wird deutlich, dass sich im Vergleich zu den jeweiligen Referenzbetonen diese Umweltwirkung signifikant verringert. Bei Betonen der Festigkeitsklasse C20/25 und Expositionsklasse XC1 ergibt sich je nach verwende-

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T. Proske/S. Hainer/M. Jakob/H. Garrecht/C.-A. Graubner · Stahlbetonbauteile aus klima- und ressourcenschonendem Ökobeton

Bild 12. Mit Ortbeton ergänzte Elementwand aus Ökobeton im Versuchsstand (links) und Rissbild beim Versagen einer Decke (rechts) Fig. 12. Precast element with concrete addition during the load bearing test and crack pattern in the ultimate limit state

ter Zementart eine Reduzierung des Treibhauspotenzials um etwa 40 bis 70 %. Dies ist größtenteils das Ergebnis der konsequenten Zementklinkerreduzierung. Es zeigte sich in diesem Zusammenhang, dass der höhere Fließmittelbedarf nur geringe Auswirkungen auf diese Umweltwirkung hat. Auch im Vergleich mit den Werten der Ökobau.dat, in der bereits ein Zement mit mittlerem Klinkerfaktor (deutlich niedriger als CEM I) angenommen wird, zeigt sich eine signifikante Verbesserung. Bei der Ökobilanzierung ganzer Stahlbetonbauteile unter Berücksichtigung des Bewehrungsanteils kann der Ökobeton somit zu einer Reduzierung des Treibhauspotenzials um mehr als 30 % beitragen.

Die ermittelten Stoffkosten je m³ Beton sind in Bild 13 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass diese nicht höher ausfallen als die Stoffkosten für den Referenzbeton. Möglich ist sogar eine moderate Kostenreduzierung. Allerdings werden die Kosten für den Ökobeton signifikant vom Preis des Kalksteinmehls (inklusive Transport) beeinflusst. Eine Übersicht über die Veränderung der fünf wichtigsten Umweltwirkungen sowie des Primarenergiebedarfs gegenüber den Referenzbetonen zeigt Bild 14. Ersichtlich ist eine signifikante Verringerung aller Indikatoren. Lediglich das Ozonabbaupotenzial (ODP) kann bei den Betonen mit CEM I und CEM II aufgrund der vergleichsweise hohen ODP-Basisdaten bei Zementen mit hoher Festig-

Tabelle 6. Ökobilanz der Betone für ein Volumen von einem Kubikmeter Table 6. Life cycle assessment for one cubic meter concrete Beton je m³

Primärenergie nicht erneu. [MJ]

Primärenergie erneu. [MJ]

Werk.I.XC1

1061

226

0,062

4,27 × 10–6

0,034

0,435

C20/25 Ökobau.dat

1032

197

0,050

5,36 × 10–6

0,036

0,357

Ökobeton I.XC1

866

135

0,042

4,26 × 10–6

0,023

0,307

Ökobeton II.XC1

811

123

0,040

4,00 × 10–6

0,021

0,288

Ökobeton III.XC1

527

0,027

2,33 × 10–6

0,014

0,191

Werk.I.XC4

1245

268

0,073

4,95 × 10–6

0,041

0,513

C30/37 Ökobau.dat

1200

237

0,058

6,29 × 10–6

0,042

0,416

Ökobeton I.XC4

1004

167

0,050

4,90 × 10–6

0,027

0,364

Ökobeton II.XC4

925

151

0,047

4,49 × 10–6

0,025

0,338

Ökobeton III.XC4

571

0,030

2,46 × 10–6

0,016

0,215

410

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

TreibhausÜberdüngungs- Ozonabbaupotenzial potenzial potenzial [kg CO2-Äqu.] [kg PO4-Äqu.] [kg R11-Äqu.]

Ozonbildungs- Versauerungspotenzial potenzial [kg C2H4-Äqu.] [kg SOx-Äqu.]

T. Proske/S. Hainer/M. Jakob/H. Garrecht/C.-A. Graubner · Stahlbetonbauteile aus klima- und ressourcenschonendem Ökobeton

Bild 13. Vergleich von Treibhauspotenzial, Betondruckfestigkeit und Stoffkosten der Ökobetone mit den Werten herkömmlicher Werksbetone (Systemgrenze bis Werkstor) Fig. 13. Global Warming Potenzial (GWP), concrete compressive strength and material costs of the reference and eco-friendly concretes (Gradle to gate)

Bild 14. Ergebnis der Ökobilanzierung für die wichtigsten Umweltwirkungen und den Primärenergiebedarf bezogen auf die jeweiligen Referenzbetone Fig. 14. Results of the life cycle assessment related to the reference concretes

keitsklasse sowie der Auswirkung aus der hohen Fließmitteldosierung nicht signifikant reduziert werden. Zur besseren Bewertbarkeit der Betone hinsichtlich des ökologischen Vorteils zeigt Bild 15 die kumulierten Umweltwirkungen auf Basis der fünf Wirkungskategorien, bezogen auf die jeweiligen Referenzbetone. In den Berechnungen wurden die Umweltwirkungen jeweils normalisiert (bezogen auf die Gesamtemission in Deutschland nach [27] in Anlehnung an [24]) und auf Grundlage von [28] untereinander gewichtet. Es wird deutlich, dass das Treibhauspotenzial die dominierende Umweltwirkung darstellt. Dagegen sind die Anteile aus Ozonbildungspotenzial, Ozonabbaupotenzial sowie Überdüngungspotenzial eher gering. Die kumulierte Umweltwirkung der Ökobetone wird gegenüber den Referenzbetonen je nach verwendetem Zement um über 35 %, 40 % bzw. 60 % verbessert. Die Dokumentation der verbesserten Ökobilanzwerte in den Umwelt-Produktdeklarationen (EPD), z. B. auch von Betonfertigteilen, erzeugt eine positive Außenwirkung. Ebenfalls kann sich das bei der Nachhaltigkeitszertifizierung von Gebäuden erzielte Bewertungsergebnis signifikant verbessern, da der Einfluss der Betonbauteile auf die Umweltwirkung und damit das Gesamtergebnis groß ist. Dies ist umso interessanter, da die Zertifizierung mit den derzeit auf dem Markt befindlichen Gütesiegeln

(BNB und DGNB) von den Bauherren immer stärker nachgefragt wird und bei Neubauten des Bundes bereits teilweise verpflichtend ist.

7 Zusammenfassung Die Reduzierung des Gehaltes an Portlandzementklinker im Beton bietet die große Chance, die mit der Herstellung von Betonbauteilen einhergehenden Umweltbelastungen deutlich zu reduzieren. Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass für viele Anwendungsgebiete mit mittleren Betondruckfestigkeiten (C25/30–C30/37) unter einer effizienten Verwendung von Betonzusatzstoffen eine Verringerung des normativ geforderten Mindestzementgehaltes um über ein Drittel auf unter 150 kg Zement je m³ Beton möglich ist. Insbesondere die Herstellung von Betonbauteilen, die als Innenbauteil (XC1) Verwendung finden, ist bei Sicherstellung der gewünschten Frisch- und Festbetoneigenschaften möglich. Eine ausreichende Leistungsfähigkeit des Betons für Bauteile im Außenbereich (XC4, XF1) und geringem chemischem Angriff wurde mit einem Zementgehalt von 180 kg/m³ nachgewiesen. Die bemessungsrelevanten Eigenschaften der Ökobetone sind im Vergleich zu konventionellem Normalbeton als gleichwertig oder günstiger zu bewerten. Insbesondere hervorzuheben sind der erhöhte E-Modul, die geringe Hy-

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Bild 15. Ergebnis der kumulierten Ökobilanzierung bezogen auf die Referenzbetone bei Normalisierung für Deutschland und Wichtung der Umweltwirkungen Fig. 15. Results of the life cycle assessment related to the reference concretes with normalization and weighting of the environmental impacts

Bild 16. Herstellung der ersten Wand aus Öko-Transportbeton in Gernsheim bei Darmstadt Fig. 16. First wall produced with cement-reduced eco-friendly concrete in Gernsheim near Darmstadt

dratationswärmeentwicklung und die deutlich geringeren Schwindverkürzungen infolge des verringerten Wassergehaltes. Weiterhin erwiesen sich die Ökobetone in Großversuchen sowohl für die Produktion von Betonfertigteilen als auch für den Transportbetonbereich als sehr gut geeignet (Bild 16). Für die Bemessung von Stahlbetonbauteilen aus zementreduzierten Betonen nach Eurocode 2 ergeben sich keine Änderungen gegenüber Normalbetonen. Allerdings ist für die baupraktische Anwendung eine bauaufsichtliche Zulassung für den Transportbeton und die Betonfertigteile erforderlich. Die Ökobilanz der zementreduzierten Betone verbessert sich gegenüber den praxisüblichen Referenzbetonen bei Verwendung von CEM I-Zementen um über 30 %. Durch die Einbeziehung von Zementarten mit weiteren Hauptbestandteilen wurde sogar eine Reduzierung des Treibhauspotenzials um über 65 % erzielt. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit des Ökobetons ist festzustellen, dass sich die Materialkosten des Ökobetons gegenüber den bislang verwendeten Betonen nicht wesentlich verändern.

Danksagung

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie bzw. der AiF Projekt GmbH für die finanzielle Förderung der Forschungsaktivitäten. Des

412

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Weiteren danken wir den Lieferanten der Betonausgangsstoffe, der Firma Waibel KG, der Beton Kemmler GmbH und der Syspro-Gruppe Betonbauteile e.V. Literatur [1] The Millennium Development Goals Report 2010, United Nations. [2] Bundesrepublik Deutschland, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 2010: http://www.bmwi.de/BMWi/ Redaktion/PDF/E/energiestatistiken-energie-umwelt,property=pdf,bereich=bmwi,sprache=de,rwb=true.pdf. [3] U.S. Geological Survey, 2011, Mineral commodity summaries 2011: U.S. Geological Survey, 198 p., ISBN 978-1-41133083-2. [4] The Cement Sustainability Initiative – Our Agenda for Action, July 2002, World Business Council for Sustainable Development, ISBN 2-940240-24-8. [5] The Cement Sustainability Initiative – Cement Industry Energy and CO2 Performance, June 2009, ISBN: 978-3-94038848-3. [6] Proske, T. and Graubner, C.-A.: Green Concrete. Darmstadt Concrete – Annual Journal on Concrete and Concrete Structures, Vol. 23. Darmstadt, 2008. [7] Nemuth, S. und Kreißig, J.: Projektbericht – Datenprojekt Zement im Netzwerk Lebenszykluskosten. PE International, Leinfelden-Echterdingen, 2007.

T. Proske/S. Hainer/M. Jakob/H. Garrecht/C.-A. Graubner · Stahlbetonbauteile aus klima- und ressourcenschonendem Ökobeton

[8] Stemmermann, P.; Schweike, U.; Garbev, K.; Beuchle, G. und Möller, H.: Celitement – a sustainable prospect for the cement Industry. Cement International, Vol.8, 05/2010. [9] Novak, R.; Schneider, W. und Lang, E.: Neue Erkenntnisse zum Sulfathüttenzement Slagstar. ZKG International, No. 122005 (Volume 58). [10] Graubner, C.-A., Garrecht, H.; Proske, T. und Hainer, S.: Ökobetone zur Herstellung von Stahlbetonbauteilen – Teil 1, Grundlagen, Entwicklungsprinzip und Potenziale zur Klinkerreduzierung im Beton. BWI BetonWerk International, Heft 5, 2011. [11] „Hochtief Massenbeton (MBG)“ DIBt-Zulassung Z-3.511816. [12] Beton „Sonderbeton für Gründungsbauwerke (MBG)“ DIBt-Zulassung Z-3.51-1799. [13] Betone „CPM-Basecrete“ und „CPM-Topcrete“ DIBt-Zulassung Z-3.51-1909. [14] Wallevik, O. H.; Mueller, F. V.; Hjartarson, B. and Kubens, S.: The green alternative of self-compacting concrete, Eco-SCC. In: Proceedings 17. Internationale Baustofftagung (ibausil), Bauhaus-Universität Weimar, 2009, pp. 1-1105–1-1116. [15] Fennis, S. A. A. M.: Design of ecological concrete by particle packing optimisation. PhD Thesis, Delft University of Technology, Netherlands, Gildeprint, 2010, ISBN 978-946108-109-4. [16] Dhir, R. K.; McCarthy, M. J. and Paine, K. A.: Engineering property and structural design relationships for new and developing concretes. Materials and Structures, Vol. 38 (275), 2005, pp. 1–9. [17] Bilodeau, A. and Malhotra, V. M.: High-volume fly ash system: Concrete solution for sustainable development. ACI Structural Journal, Vol. 97 (1), 2000, pp. 41–48. [18] Haist, M. und Müller, H. S.: Nachhaltiger Beton – Betontechnologie im Spannungsfeld zwischen Ökobilanz und Leistungsfähigkeit. In: Proceedings of the 9th Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Nachhaltiger Beton, Werkstoff, Konstruktion und Nutzung, Karlsruhe, KIT Scientific Publishing, 2012, pp. 29–52. [19] Proske, T.; Hainer, S.; Garrecht, H. and Graubner, C.-A.: Eco-Friendly Concretes with Highly Reduced Cement Content. In: Proceedings of the 8th International Conference “Concrete in the Low Carbon Era”, Dundee, UK, July 2012. [20] Graubner, C.-A.; Garrecht, H.; Proske, T.; Spitzbarth, R.; Hainer, S. und Morsy, M.: Ökobetone zur Herstellung von Stahlbetonbauteilen – Teil 2, Anwendungsorientierte Mischungsentwicklung, Betoneigenschaften und Nachhaltigkeitsbewertung. In: BWI BetonWerk International, Heft 6, 2011. [21] Graubner, C.-A.; Garrecht, H.; Hainer, S.; Morsy, M. und Proske, T.: Entwicklung ressourcenschonender Konstruktionsbetone für die Transportbetonindustrie. Abschlussbericht, F12-09-2011, Technische Universität Darmstadt, Institut für Massivbau, 2011. [22] Siebel, E.: Frost- und Tausalz-Widerstand von Beton – Beurteilung mittels Würfelverfahren – Freeze-thaw resistance of concrete with and without de-icing salt – Assessment by the cube method. In: Beton 42 (1992), Nr. 9: S. 496–501. [23] Breitenbücher, P; Hainer, S.; Proske, T. und Graubner, C.A.: Sulfatwiderstand zementreduzierter Betone mit hohem Kalksteinmehlgehalt. In: Darmstadt Concrete – Annual Journal on Concrete and Concrete Structures, TU Darmstadt, Institut für Massivbau, 2011. [24] PE Europe GmbH (Hrsg.): Handbuch GaBi 4. LeinfeldenEchterdingen, 2003. [25] Nemuth, S. und Kreißig, J.: Datenprojekt Zement im Netzwerk Lebenszyklusdaten. Projektbericht im Rahmen des Forschungsvorhabens FKZ 01 RN 0401 im Auftrag des Bundes-

ministeriums für Bildung und Forschung. Leinfelden-Echterdingen, 2007. [26] European Federation of Concrete Admixture Associations (EFCA) (Hrsg.): EFCA Environmental. Declaration – Plasticising Admixtures – March 2006. Brüssel, 2006. [27] Huijbregts M. A. J.; Van Oers L.; De Koning A.; Huppes G.; Suh S. and Breedveld L.: Normalisation figures for environmental life cycle assessment: The Netherlands (1997/1998), Western Europe (1995) and the world (1990 and 1995). Journal of Cleaner Production, 11, 2001, 737–748. [28] Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen: Gewichtungstabelle, Neubau Büro- und Verwaltungsgebäude, Version 2009.

Dr.-Ing. Tilo Proske proske@massivbau.tu-darmstadt

Dipl.-Ing. Stefan Hainer hainer@massivbau.tu-darmstadt.de

Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner graubner@massivbau.tu-darmstadt.de Technische Universität Darmstadt Institut für Massivbau Petersenstraße 12 64287 Darmstadt

Prof. Dr.-Ing. Harald Garrecht Universität Stuttgart Institut für Werkstoffe im Bauwesen (IWB) Pfaffenwaldring 4 70569 Stuttgart harald.garrecht@iwb.uni-stuttgart.de vormals: Technische Universität Darmstadt Institut für Massivbau Fachgebiet Werkstoffe im Bauwesen

Dipl.-Ing. Mathias Jakob Waibel KG Chemiestraße 2–6 64579 Gernsheim jakob@waibel-gruppe.de

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Berichte DOI: 10.1002/best.201200011

Christoph Hankers Heinz-Günter Schmidt Dirk Matzdorff

Die Großmarkthalle Frankfurt a. M. Historische Konstruktion und Instandsetzung der Tonnenschalen Die denkmalgeschützte Großmarkthalle in Frankfurt am Main stellte zum Zeitpunkt der Fertigstellung im Jahre 1928 den weltweit größten stützenfrei überspannten Hallenbau aus Eisenbeton dar. Das charakteristische Tonnengewölbe der Halle besteht aus 15 nur wenige Zentimeter dicken Tonnenschalen. Realisierbar wurde der Entwurf durch das ZeissDywidag Konstruktionsprinzip in Kombination mit dem Spritzbetonverfahren. Die Großmarkthalle wird in den Neubau für die Europäische Zentralbank (EZB) integriert und infolgedessen instand gesetzt. In diesem Beitrag wird über die historische Konstruktion, das damals wie heute vorteilhafte Spritzbetonverfahren und die derzeitige Instandsetzung der Tonnenschalen berichtet.

1 Einleitung und Baubeschreibung Die Frankfurter Großmarkthalle gilt als „richtungweisender Zweckbau der klassischen Moderne“ und war in den Jahren 1925-1930 „elementarer Bestandteil eines stadtplanerischen Gesamtkonzepts zum „Neuen Bauen“ in Frankfurt“ [1]. Das Bauwerk setzte neue Maßstäbe im Hallenbau und

war mit seinem neuartigen Tragwerk, den in sogenannter Zeiss-Dywidag Bauweise errichteten Tonnenschalen, die weltweit größte stützenfrei überspannte Hallenkonstruktion aus Eisenbeton (Bild 1). Die Verkaufshalle erstreckt sich über eine Grundfläche von 220 m × 50 m und hat eine Höhe von bis zu 23,5 m. An den Enden der Halle befinden sich zwei achtgeschossige Kopfbauten, die jeweils 60 m lang, 18 m breit und 30 m hoch sind. Der westliche Kopfbau diente als Bürogebäude und der östliche als Kühlhaus. Der Lageplan in Bild 2 aus dem Jahre 1928 stellt das Areal der Großmarkthalle mit den Kopfbauten und den seitlichen, zwischenzeitlich rückgebauten Annexbauten dar. Vorgelagert befanden sich überdachte Gleisanlagen und ein weiterer Hallenbau, der von den Ladestraßen „Nord“ und „Süd“ eingerahmt wurde.

2 Historischer Entwurf und Konstruktion Der Entwurf der Großmarkthalle stammt von Martin Elsaesser, der von 1925 bis 1932 Stadtbaudirektor in Frankfurt gewesen ist. Die Kon-

struktion und Berechnung wurde von der Dyckerhoff & Widmann AG durchgeführt. Als bedeutende Ingenieure der Entwicklung des Tonnenschalentragwerks sind hierbei vor allem Franz Dischinger und Ulrich Finsterwalder zu nennen [4]. Ausgeschrieben war der Bau als Stahl-, Holz- oder Eisenbetonkonstruktion, wobei sich die kostengünstigere und effizientere Eisenbetonkonstruktion durchgesetzt hat. Hallenlängsschnitt und Ansicht sind in Bild 3 dargestellt. Vor Baubeginn wurden die theoretischen Überlegungen zu dem neuartigen Tragwerk anhand eines Modells überprüft. Im Maßstab 1:3 wurde eine Tonnenschale auf dem Gelände der Frankfurter Großmarkthalle erbaut und belastet. Anhand der Testresultate konnte festgestellt werden, dass „… der Gesamteindruck des Verhaltens der Probetonne […] während des gesamten Verlaufes der Belastungsversuche ein ganz vorzüglicher war“ [5]. Bild 4 zeigt eine Draufsicht auf die Tonnenschalen. Das Hallendach setzt sich aus drei Abschnitten à fünf Tonnenschalen zusammen, die jeweils eine Spannweite von 14,10 m mal 36,90 m haben. Durch eine

Bild 1. Nordansicht der Großmarkthalle; links: Aufnahme aus dem Jahr 1928 [2]; rechts: Aufnahme vor dem Umbau

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Ein Hallensegment besteht aus der Tonnenschale, den Fassaden und der Unterkellerung. Für die Wärmeisolierung des Gebäudes wurden Tektondielen eingesetzt. Im ersten Drittel sowie an den Endscheiben wurden diese innenliegend angebracht und gleichzeitig als Schalung genutzt, während die Isolierung an den restlichen Tonnen der Halle außen angebracht wurde. Zur Abdichtung des Tragwerks wurde eine Papplage aufgeklebt.

3 Bauverfahren

Bild 2. Lageplan des Geländes der Großmarkthalle [3]

Schrägstellung der Stützen, die die Tonnenschalen tragen, vergrößert sich die freie Spannbreite auf etwa 43 m. Die Tonnenschalen haben eine kreiszylindrische Form mit einem Radius von 7,50 m und einer Schalenstärke von nur 7 cm, welche sich an den Bindern auf 10 cm erhöht. Zwischen den Abschnitten wurde jeweils ein Zwischenraum von 3,50 m eingeplant, in welchen ein Oberlicht eingebaut wurde. Unter dem Oberlicht befindet sich eine Brücke, die quer durch die Halle reicht (Bild 5). Die Rinnen zwischen den einzelnen Tonnenschalen wurden zur Regenwasserableitung genutzt. Die Tonnen weisen beidseitig ein längliches Randglied auf, welches als Hohlkastenträger mit 2,00 m Höhe, einer Breite von 0,80 m und einer Wandstärke von 0,1 m ausgeführt wurde. Ab Unterkante Randträger weisen die Tonnenschalen eine Höhe von insgesamt 6,00 m auf. In

Längsrichtung erhalten die Schalen ihren Abschluss durch 4,25 m hohe aussteifende Scheiben. Die fünf einzelnen Binderscheiben eines Bauabschnitts sind monolithisch als ein 70 m langer Binder ausgeführt. Die Bewehrung der Zylinderschalen erfolgte in fünf Lagen mit Rundeisen der Durchmesser 8 und 12 mm, die in den Hauptspannungsrichtungen verlegt worden sind. Die schräg stehenden 17,5 m hohen Stützen führen zu einem trapezförmigen Bild des Innenraums der Halle. Um temperaturbedingte Ausdehnungen der Tonnenschalen zu ermöglichen, wurden die Tonnen auf den Stützen gelenkig gelagert. Die Stützen sind fest eingespannt, um die Windkräfte aufzunehmen. Die Decke über dem Keller ist größtenteils eine Pilzdecke, deren polygonale Stützen in Einzelfundamenten gegründet sind.

Den ersten Versuch, die Zeiss-Dywidag-Bauweise für die Konstruktion von Zylindertonnen zu nutzen, unternahmen Dischinger und Finsterwalder mit dem Testbau einer 6 m weit gespannten Tonnenschale, die einen Grundriss von 4x10 m² aufwies. Bei einer Höhe von 1,12 m war die Schale nur 1,5 cm dick. Bild 6 zeigt die im Fabrikhof der Dyckerhoff & Widmann AG errichtete Schale. Es folgten einige weitere Vorläuferprojekte, so z. B. ein Bau im Jahr 1926 in Düsseldorf für die GesoleiAusstellung („Große Ausstellung für Gesundheitspflege, soziale Fürsorge und Leibesübungen“). Der erste große, wirtschaftliche Bau mit querversteiften zylindrischen Zeiss-DywidagTonnengewölben entstand jedoch in Frankfurt a. M. mit der Errichtung der Frankfurter Großmarkthalle. Die grundlegende Idee war, die Tonnenschalen durch Binder bzw. Scheiben auszusteifen und den Querschnitt gegenüber der Stützlinie zu überhöhen. So konnte ein räumlicher Lastabtrag erzielt, Biegemomente möglichst klein gehalten und die Schale ausreichend tragfähig gemacht werden. Die Ingenieure hatten erkannt, dass unter diesen Umständen „die Zylinderschale den gesamten im Scheitel erzeugten Schub und auch das gesamte Ei-

Bild 3. Hallenlängsschnitt (links) und Hallenansicht (rechts) [5]

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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Ch. Hankers/H.-G. Schmidt/D. Matzdorff · Die Großmarkthalle Frankfurt a. M.

Bild 4. Draufsicht auf die Tonnenschalen

gengewicht nebst Zusatzbelastungen durch tangentiale Schubkräfte nach den Scheiben hin abträgt, so daß die zylindrische Schale nicht nur in der Gewölberichtung, sondern auch senkrecht dazu eine Trägerwirkung besitzt.“ [4]. Die Ausführung mit vertikaler Endtangente führt dazu, dass der sogenannte Gewölbeschub vermieden wird. Dieser musste in anderen Konstruktionen häufig noch über Zugbänder aufgenommen werden. Das Netzwerk, welches für die ersten Zeiss-Dywidag Bauten noch als Bewehrung und verlorene Schalung einbetoniert wurde, wurde beim Bau der Frankfurter Großmarkthalle zum Lehrgerüst (Bild 7). Dies sparte sowohl Material- als auch Herstellkosten, da das Netzwerk auch als Gerüst für die Fertigung weiterer Schalen verwendet werden konnte. Die ZeissNetzwerke eigneten sich so für eine

relativ schnelle und günstige Umrüstung und Wiederverwendung, auch für Bauten mit anderen Gegebenheiten. Es wurde ein doppeltes Netzwerk als Traggerüst eingesetzt, welches untereinander präzise und starr verbunden war und somit ausreichend Steifigkeit und Knicksicherheit aufwies (Bild 8). Auf diesem Netzwerk wurde die Bretterschalung installiert, um dann Bewehrung und den Beton einbringen zu können. Der Beton wurde zu Teilen auf herkömmliche Weise und zu Teilen im Spritz-

Bild 5. Innenraum der Großmarkthalle; links: Aufnahme aus dem Jahr 1928 [4]; rechts: Aufnahme vor dem Umbau

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betonverfahren aufgebracht. Basis für den erfolgreichen Bau war dabei auch die Verwendung eines hochwertigen, schnell erhärtenden Zements. Ohne dessen Entwicklung wäre die Ausführung auf die beschriebene Weise nicht möglich gewesen. Die Zeiss-Dywidag-Netzwerke wurden durch eiserne Fachwerkbinder ausgesteift, welche wiederum von Holzgerüsten gestützt wurden. Weiter brauchte das Netzwerk nicht unterstützt werden, sodass der Freiraum unter der Konstruktion auf andere Weise genutzt werden konnte. Die Ausrüstung erfolgte durch ein schrittweise durchgeführtes, möglichst gleichmäßiges Absenken der Netzwerkbinder und Randglieder, woraufhin das Netzwerk abmontiert und an anderer Stelle zum erneuten Einsatz wieder aufgebaut werden konnte. Das Holzgerüst wurde auf Schienen gelagert, was den Umbau des Netzwerkes für andere Bauabschnitte erheblich beschleunigte. Durch Verwendung dieser Schalungskonstruktion konnte der Hallenbau rasch fertiggestellt werden. Während das erste Drittel noch zehn Wochen Bauzeit erforderte, wurden das zweite und dritte Drittel nach nur acht bzw. sechs Wochen fertig gestellt. Wesentlicher Bestandteil des Zeiss-Dywidag-Verfahrens war das Betonieren der Schale im Spritzbetonverfahren, oder auch Torkret-Verfahren. Dieses Verfahren stellte zum Zeitpunkt des Baus der Frankfurter Großmarkthalle ein noch recht junges Betonierverfahren dar. Mithilfe des Spritzbetonverfahrens können relativ große Haft-, Druck- und Zugfestigkeiten erreicht werden, die aus der Verdichtung beim Aufschleudern des Spritzguts resultieren. Ferner weisen Spritzbetonbauten eine hohe Dichte und relative Rissfreiheit auf [7]. Das ermöglichte Eigenschaften, die bei solch einer filigranen Konstruktion wie die der Tonnenschalen notwendig sind. Der Einsatz von Spritzbeton in Deutschland und Europa wurde vor allem durch Carl Weber vorangetrieben, welcher im Jahr 1919 die Firma Allgemeine Torkret-Gesellschaft mbH für die Herstellung von Spritzmaschinen, und ein Jahr später die Deutsche Torkret-Baugesellschaft mbH gründete. Im Jahr 1921 folgte der Zusammenschluss beider Unternehmen zur Torkret-Gesellschaft

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Bild 6. Versuchsbau Tonnenschale (Wiesbaden-Biebrich 1924) [5]

Bild 8. Zeiss Netzwerk vom Inneren der Halle aus fotografiert [5]

mbH. Die Wortschöpfung „Torkret“ setzt sich zusammen aus der Silbe „Tor“ des lateinischen „tector“ sowie der Silbe „cret“ aus dem lateinischen „concretum“ („Mörtel“). Fortan war das Betonieren im Spritzbetonverfahren in Deutschland und Österreich als „Torkretieren“ bekannt. Damals wurde ein Größtkorn von 10 mm als Gesteinskörnung verwendet. Das Gemisch wurde in der Regel in einem Verhältnis Zement/Gesteinkörnung von 1:4 ausgeführt und bei einer Auftragsstärke von etwa 1,5 cm pro Lage. Vor dem Spritzbetonauftrag wurde die auf dem Zeiss-Netzwerk aufgelegte Schalung gut vorgenässt, um dem Spritzbeton kein Wasser zu entziehen. Es wurde eine Schalenstärke

Bild 7. Zeiss-Dywidag Netzwerk als Lehrgerüst beim Bau der Großmarkthalle [5]

Bild 9. Spritzbetonauftrag bei einem Tonnendach [5]

von ca. 7 cm (bis zu 10 cm an den Seiten) aufgespritzt (Bild 9).

4 Die Großmarkthalle im Entwurf des EZB Neubaus Die Europäische Zentralbank errichtet derzeit auf dem Gelände der alten Frankfurter Großmarkthalle ein Verwaltungsgebäude. Die unter Denkmalschutz stehende Großmarkthalle soll im Zuge des Neubaus integriert werden, ihr grundlegendes Erscheinungsbild jedoch behalten. Der Entwurf stammt von dem Wiener Architekturbüro COOP HIMMELB(L)AU und besteht aus drei ineinander greifenden Elementen; alte und neue Architektur sollen hier miteinander ver-

einigt werden. Neben der Großmarkthalle wird ein 185 m hoher Doppelbüroturm mit einem dazwischen liegenden Glasatrium entstehen. Beide Bauwerke werden durch ein Eingangsbauwerk miteinander verbunden. In Bild 10 sind der Doppelturm, die ehemalige Großmarkthalle sowie das Eingangsbauwerk, das in die Großmarkthalle hineinreicht, zu sehen. Der Abriss eines Teils der Großmarkthalle, der für die Errichtung des Eingangsbauwerks notwendig war, betrifft die wieder errichtete Substanz, welche im Zweiten Weltkrieg durch Bombardements zerstört wurde. Drei Tonnenschalen werden dafür durchbrochen. Dieser Einschnitt, wenn er auch nicht die

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Bild 10. Darstellung der Großmarkthalle im Entwurf des EZB Neubaus [8]

Originalsubstanz betrifft, wurde besonders unter Denkmalschützern kontrovers diskutiert. Die Großmarkthalle wird die öffentlichsten Funktionen der EZB aufnehmen. Die repräsentativen Einrichtungen, die in der Halle untergebracht werden sollen, umfassen die Lobby, Konferenzbereiche, Ausstellungsflächen, ein Besucherzentrum, ein Mitarbeiterrestaurant sowie eine Cafeteria. Diese Nutzungen sind als „Haus-im-Haus“-Konzept geplant, bei dem der ursprüngliche Innenraum zu Teilen erlebbar bleibt [9]. Im Zuge der Umnutzung wird die ehemalige Großmarkthalle inklusive ihrer beiden Kopfbauten instand gesetzt. Das Fortbestehen weiterer Bauwerke ist im Entwurf nicht vorgesehen. Die Importhalle wurde bereits 2004 aufgrund ihrer Baufälligkeit abgerissen. Die Annexbauten sind ebenfalls bereits zurückgebaut worden. Desgleichen sind die Gleisanlagen und weitere kleinere Gebäude, die über die Jahrzehnte auf dem Gelände errichtet wurden, mittlerweile nicht mehr vorhanden.

5 Instandsetzung Die Nachrechnung der Tonnenschalen hat gezeigt, dass die Schalen im ursprünglich geplanten Zustand ausreichend tragfähig sind [10]. Um den zukünftigen Anforderungen zu genü-

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gen, müssen alle tragenden Teile der Großmarkthalle untersucht und ggf. instand gesetzt werden. Gleichzeitig soll die Originalität der denkmalgeschützten Bausubstanz weitestgehend erhalten bzw. wiederhergestellt werden. Aufgrund der ursprünglich offenen Hallenkonstruktion waren die innenliegenden Stahlbetonbauteile ständig der Außenluft ausgesetzt und gehörten der Expositionsklasse XC3 (mäßige Feuchte) zugeordnet. Mit dem geplanten „Haus-im-Haus“-Konzept sind diese Bauteile nicht mehr so einem hohen Risiko einer Bewehrungskorrosion durch Karbonatisierung ausgesetzt und können deshalb der Expositionsklasse XC1 (trocken) für Innenräume zugeordnet werden. Dies hat Einfluss auf die herzustellende Betondeckung, die Betonfestigkeitsklasse und damit auf das Instandsetzungsmaterial. Für die frei bewitterten Bauteile gilt weiterhin die Expositionsklasse XC4 (wechselnd nass und trocken). Um allen Anforderungen gerecht zu werden, wurden Grundprinzipien aufgestellt, die im Wesentlichen von der Eingriffstiefe, einer sicheren und einfachen Anwendbarkeit und dem Einsatz möglichst weniger, aber dafür mehrfach einsetzbarer Materialien abhängig sind [6]. Die Bewertung der vorhandenen Bausubstanz erfolgt hinsichtlich der Standsicherheit, Gebrauchstauglich-

keit, Dauerhaftigkeit und der Ästhetik. Aufgrund der guten Betoneigenschaften wie Dichtheit und Rissfreiheit, was dem bei der Herstellung verwendeten Spritzbetonverfahren geschuldet ist, wiesen die derzeit freigelegten Tonnenschalen keine Schädigungen auf, die die Tragfähigkeit beeinträchtigen. Nach dem Entfernen von Schmutz, alten Putzschichten und dem Reinigen der Betonoberfläche erfolgt das vollflächige Abklopfen auf Hohl- bzw. Fehlstellen. Die Instandsetzung der Tonnenschalen beschränkte sich bei den bisher freigelegten Schalen auf die Reprofilierung von kleineren Schadstellen (Bild 11). Diese erfolgte gemäß der Richtlinie „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen“ (RiLi SIB) [11] des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton mit einem kunstoffmodifizierten zementgebundenen Mörtel der Beanspruchbarkeitsklasse M3. Danach wurde ein plastoelastischer, streichfähiger Dispersionsspachtel zum Füllen von Poren und Lunkern aufgetragen. Dieser dient gleichzeitig als Voranstrich für die abschließende Beschichtung mit einer Silikatfarbe, die in Abstimmung mit dem Denkmalschutz aufgebürstet wurde. Die Oberseiten der frei bewitterten Dachschalen werden nach der Betoninstandsetzung wärmegedämmt und dauerhaft abgedichtet. Die festgestellten Schäden an den Hohlkästen waren größeren Ausmaßes. An der Unterseite der Hohlkästen finden sich großflächige Ausbrüche und freiliegende, teils korrodierte Bewehrung. Die Träger wiesen über die gesamte Länge Biege- bzw. Schubrisse im Zugbereich auf [12]. Mit Rissbreiten von 0,4 bis 1,0 mm überschritten diese die zulässigen Grenzwerte. Die Risse wurden zur Wiederherstellung eines monolithischen Bauteilverhaltens mit einem Epoxydharz injiziert. Die Instandsetzung der stärker geschädigten Bereiche erfolgte mit Spritzbeton (Bild 12), der verfahrensbedingt keine Haftbrücke benötigt und aufgrund der Alkalität den erforderlichen Korrosionsschutz der Bewehrung gewährleistet (Instandsetzungsprinzip R nach RiLi SIB [11]). Der Auftrag eines Dispersionsspachtels auf die instandgesetzten Oberflächen dient dem Ausgleich von Unebenheiten. Abschließend wird auch auf die

Ch. Hankers/H.-G. Schmidt/D. Matzdorff · Die Großmarkthalle Frankfurt a. M.

Bild 11. Partielle Instandsetzungsarbeiten an den Tonnenschalen

Hohlkastenträger eine aufgebürstet.

Silikatfarbe

6 Zusammenfassung Die Großmarkthalle in Frankfurt a. M. ist ein erhaltenswürdiges Baudenkmal. Mit ihren charakteristischen Tonnenschalen wurden erstmals stützenfreie Spannweiten von 43 m in der Eisenbetonbauweise erreicht. Möglich wurde dies durch das Zeiss-Dywidag Konstruktionsprinzip in Kombination mit dem Spritzbetonverfahren. Gegenwärtig wird die Halle in den Neubau der Europäischen Zentralbank integriert. Im Zuge dieser Umnutzung wird die Großmarkthalle instand gesetzt. Die bei der bisherigen Bauwerksuntersuchung festgestellten Schäden am Tonnengewölbe stellen keine akute Gefährdung der Tragfähigkeit dar. Notwendige Maßnahmen der Instandsetzung sind vor allem die Rissverfüllung durch Injektion sowie die partielle Schadstellensanierung mit PCC-Mörtel. Großflächige Schäden, die bisher nur an den Hohlkastenträgern festgestellt wurden, werden im

Bild 12. Instandsetzung der Hohlkastenträger mit Spritzbeton

Spritzbetonverfahren instand gesetzt. Bei allen Maßnahmen wird die Eingriffstiefe möglichst gering gehalten und versucht, die Originalität des Entwurfs zu bewahren. Abschließend erhalten die Tonnenschalen einen Schutzanstrich und oberseitig eine neue, dauerhafte Abdichtung. Der Erfolg der Instandsetzung ist vor allem der umfangreichen Bestandsaufnahme, der Abstimmung aller Maßnahmen mit dem Denkmalschutz und dem fachlichen Können und Engagement aller an der Instandsetzung der Tonnenschalen Beteiligten zu verdanken (Tabelle 1). Literatur [1] Raecke, Sven: Die Betonschalendächer der Frankfurter Großmarkthalle. In: Vereinigung der Landesdenkmalpfleger in der Bundesrepublik Deutschland. (Hrsg.): Denk-mal an Beton! Berichte zu Forschung und Praxis der Denkmalpflege in Deutschland. Bd. 16, S. 49–52. Petersberg: Michael Imhof Verlag, 2008. [2] Ernährungsamt und Hochbauamt Frankfurt a. M. (Hrsg.): Die neue Grossmarkthalle in Frankfurt a. M.

Tabelle 1. Auswahl der an der Instandsetzung der Tonnenschalen Beteiligten Bauherr

Europäische Zentralbank

Denkmalschutz

Landesamt für Denkmalpflege Wiesbaden

Bestandsuntersuchung und Instandsetzungsplanung

Bollinger + Grohmann Ingenieure

Tragwerksplanung der Um- und Neubauten der Großmarkthalle

Grontmij/BGS Ingenieurgesellschaft mbh

Betoninstandsetzung

Torkret Substanzbau AG

Zur Eröffnung am 25. Oktober 1928. Fotos: Atelier Otto Fischer, Grete Leistikow, Reklaphot und Südwestdeutsche Luftverkehrs A.-G. (Luftbildabteilung). Frankfurt a. M.: Verlag Englert und Schlosser, 1928. [3] Waeser (Direktion der städtischen Hafenanstalten): Die Eisenbahnanlagen der Großmarkthalle zu Frankfurt a. M. In: Ernährungsamt und Hochbauamt Frankfurt a. M. (Hrsg.): Die neue Grossmarkthalle in Frankfurt a. M. Zur Eröffnung am 25. Oktober 1928. S. 19–22. Frankfurt a. M.: Verlag Englert und Schlosser, 1928. [4] Dischinger, Franz und Finsterwalder, Ulrich: Eisenbetonschalendächer, System Zeiss-Dywidag. In: Der Bauingenieur. Jg. 9, Heft 44–46. Düsseldorf: Springer-VDI-Verlag, 1928. Auszug in: Günschel, Günter: Große Konstrukteure 1. Freyssinet, Maillart, Dischinger, Finsterwalder. S. 170–184. Berlin [u. a.]: Verlag Ullstein, 1966. [5] Kleinlogel, A: Die Schalengewölbe der Großmarkthalle Frankfurt a. M. In: Beton und Eisen. Jg. 27 (1928), Heft 1/2, S. 11–16, 25–28. Berlin: Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn. [6] Peseke, Horst; Bollinger, Klaus und Grohmann, Manfred: Instandsetzung der denkmalgeschützten Großmarkthalle in Frankfurt am Main. In: Tiefbau. (Fachzeitschrift der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft Prävention). Jg. 120, Heft 10, S. 594– 601. München: Erich Schmidt Verlag, 2008. [7] Hankers, Christoph und Matzdorff, Dirk: Bauen im Bestand – Verstärkung mit Spritzbeton. In: Bauingenieur. Bd. 81, Nr. 7/8, S. 303–310. Düsseldorf: Springer-VDI-Verlag, 2006 [8] RTT. Realtime Technology AG: Der künftige Sitz der EZB. In: Europäische Zentralbank. (Hrsg.): Images and plans

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Ch. Hankers/H.-G. Schmidt/D. Matzdorff · Die Großmarkthalle Frankfurt a. M.

of the design of the detailed planning. Unter: New premises media centre. Images. 08.10.2007. Datum des Downloads: 26.09.2011. Quelle unter: http://www.ecb.int/ecb/premises/ intro/downloads/html/index.en.html. [9] Europäische Zentralbank (Hrsg.): Der EZB Neubau. Architektur und Energiekonzept. In: Informationen

zum Neubau der Europäschen Zentralbank in Frankfurt am Main. Frankfurt a. M., 2010. Quelle unter: http://www. ecb.int/ecb/premises/intro/downloads/html/index.de.html. [10] Statische Berechnung Kapitel 35 Veränderungen an der Hallenkonstruktion; Grontmij/BGS Ingenieurgesellschaft mbh.

[11] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (Hrsg.): Richtlinie für Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen, Teil I bis IV. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Beuth Verlag, Berlin 2001. [12] Wendt, Martin: Instandsetzung des Tonnengewölbes der Großmarkthalle Frankfurt a. M. Diplomarbeit, TU Braunschweig, 2011.

Dr.-Ing. Christoph Hankers Torkret AG Langemarckstraße 39 45141 Essen hankers@torkret.de

Dipl.-Ing. Heinz-Günter Schmidt Torkret Substanzbau AG Langemarckstraße 39 45141 Essen schmidt@torkret.de

Dipl.-Ing. Dirk Matzdorff planzwo GmbH Langemarckstraße 39 45141 Essen matzdorff@planzwo-gmbh.de

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Berichte DOI: 10.1002/best.201200014

Judith Engel

Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof Im Projekt „Wien Hauptbahnhof – Bahninfrastruktur und Verkehrsstation“ entsteht auf etwa 50 ha Fläche eine neue Bahnanlage. Alle betrieblichen Funktionen im Großraum Wien werden völlig neu organisiert und auf höchstem technischem Standard geplant. Auf den Flächen ehemaliger Frachtenbahnhöfe entstehen im Zuge des Projekts Anlagen für eine moderne und effiziente Betriebsführung. Das Herzstück des Projekts ist die Verkehrsstation mit ansprechender und barrierefreier Architektur. Der Bahnhof wird als Durchgangsbahnhof die beiden bis 2009 bestehenden Kopfbahnhöfe Süd- und Ostbahnhof ersetzen und damit eine durchgehende Bahnverbindung durch Wien bzw. Ostösterreich schaffen. Gemeinsam mit den Projekten auf der Westbahnstrecke (insbesondere Lainzer Tunnel) wird mit Inbetriebnahme des Wiener Hauptbahnhofes ein leistungsfähiger Schienen-

knotenpunkt aller Himmelsrichtungen in Wien entstehen. Damit ist der Hauptbahnhof Wien auch für die europäische TEN (Transeuropäische Netze) Achse 17 im Abschnitt Salzburg bis Bratislava von großer Bedeutung. Das Projekt Wien Hauptbahnhof ist aber weit mehr als ein Bahnhof. Rund um die zukünftige Bahnanlage entsteht ein neuer Stadtteil mit ca. 55 ha Fläche und rund 8 km neuen Straßen. Die Stadt Wien als Projektpartner errichtet die städtische Infrastruktur (Ver- und Entsorgungsleitungen, Parkanlage, Straßen, öffentliche Verkehrsmittel, Schulen, etc.), private Investoren errichten Büros, Wohnungen und Geschäftsbzw. Gewerbeflächen. Besondere Bedeutung kommt – neben den technischen Herausforderungen – im Projekt der Öffentlichkeitsarbeit und Bürgerbeteiligung zu. Schon frühzeitig wurde im Projekt

Umbau Bhf. Matzleinsdorf

Anlage Süd

diese Tätigkeit aufgenommen, um die Vielzahl von Betroffenen und Beteiligten des Projekts rechtzeitig einzubinden.

1 Projektüberblick Auf dem Gelände zwischen dem ehemaligen Süd- und Ostbahnhof und dem Südtiroler Platz entsteht der neue Hauptbahnhof Wien. Das Gesamtprojekt erstreckt sich mitten in der Stadt über fünf Wiener Gemeindebezirke. Der Südbahnhof als Kopfbahnhof für Süd- und Ostbahn wird durch einen leistungsfähigen Durchgangsbahnhof ersetzt. Dieser wird zur Drehscheibe des internationalen Schienen- und Reiseverkehrs. Neben dem Bahn-Infrastrukturprojekt gehören auch noch das Städtebauprojekt mit der Bahnhof City und der Verwertung der freiwerdenden Flächen sowie die Entwicklung neuer Straßen der Stadt Wien

Verkehrsstation

Anlage Ost

Städtebau/ Straßenbauvorhaben

Bild 1. Projektübersicht

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J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

zum Gesamtprojekt. Im neuen, hochwertigen Stadtteil werden rund 5.000 Wohnungen, ein Bildungscampus, eine große Parkanlage sowie Bürobauten errichtet. Entlang der Bahn ist eine Gewerbezone vorgesehen, und die neuen Wohnhäuser an der Sonnwendgasse und an der Gudrunstraße schließen an einen 8 ha großen Park an.

ge Süd“ an und bildet den eigentlichen neuen Bahnhof „Wien Hauptbahnhof“, Bilder 6 und 7. Der Abschnitt endet bei den Brücken über die verlängerte Argentinierstraße und

Mommsengasse. Etwa im östlichen Drittel der Verkehrsstation liegt der neue Kilometer 0.000 der Südbahn als Ausgangspunkt der Streckenkilometrierungen.

2 Projektabschnitte Bahninfrastruktur inkl. Verkehrsstation Das Projekt „Hauptbahnhof Wien – Bahninfrastruktur inkl. Verkehrsstation“ besteht aus vier Teilabschnitten (Bild 1): – Matzleinsdorf, – Anlage Süd, – Verkehrsstation und – Anlage Ost Der Abschnitt „Matzleinsdorf“ (MA) beginnt am Ostkopf des Bahnhofes Wien Meidling und reicht bis zur Brücke über die Triester Straße (Bild 2). Er zieht sich entlang des bereits umgebauten Bahnhofes Wien Matzleinsdorf, in dessen Bereich sich die Standortkonzentration ÖBB-Traktion und ÖBB-Produktion befindet. Der Abschnitt „Anlage Süd“ beginnt bei der Brücke über die Triester Straße und zieht sich entlang des Gürtels bis zur Brücke über die Laxenburger Straße. In diesem Bereich befinden sich auch die Projekte „Busbahnhof Waldmanngründe“, „Neues Stellwerk Wien Süd (NSTWS)“ sowie der „Umbau Südtiroler Platz“ (UBahn-Linie 1 und S-Bahn-Station), Bilder 3 bis 5. Der Abschnitt „Verkehrsstation“ (VS) schließt an den Abschnitt „Anla-

Bild 4. Anlage Süd – Überwerfung

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Bild 2. High-Tech-Stützpunkt Matzleinsdorf

Bild 3. Anlage Süd – Überwerfung

J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

Der Abschnitt „Anlage Ost“ (AO) beginnt bei der neuen Brücke über die Mommsengasse und verläuft über den östlichen Weichenkopf der Verkehrsstation entlang der Arsenalstraße in Richtung Südosten. Das Ende der Anlage Ost befindet sich im Bereich der Querung der A23, der Wiener Südosttangente (Bilder 8 und 9).

3 Projektinhalt und -funktionalität

Bild 5. Anlage Süd – Betriebsgebäude/Wasseraufbereitung, Trafo-Station, LS-Wand, Oberleitung

Bild 6. Verkehrsstation (Visualisierung)

Die Genehmigungs- und Detailplanung des Projekts Wien Hauptbahnhof läuft auf Basis des städtebaulichen Wettbewerbs und des daraus entwickelten Masterplans seit 2005. Die gesamten Planungsarbeiten (Vorentwurf, Genehmigungsplanung, Ausschreibungs- und Ausführungsplanung, Bestandsplanung) wurden in einem EU-weiten Verfahren ausgeschrieben und Anfang 2006 nach einem zweistufigen Verfahren vergeben. Zur Umsetzung der Projektziele wurde im Jahr 2006 eine Variantenstudie durchgeführt, die der Optimierung der Anforderungen aus dem Spannungsfeld Fahrgastanforderungen, Bedürfnisse des Eisenbahnbetriebs und Neustrukturierung der betrieblichen Organisation im Großraum Wien diente. Als Ergebnis konnte der weiteren Planung und Ausschreibung ein Konzept zugrunde gelegt werden, das den Bahnkunden eine moderne und attraktive Verkehrsstation bietet und den Bahnbetrieb optimal integriert.

Bild 7. Verkehrsstation – Bahnsteigebene

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

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J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

– Verkehrsstation „Wien Hauptbahnhof“ mit fünf Inselbahnsteigen Die Verkehrsstation wird als Durchgangsbahnhof geplant und ersetzt die beiden Kopfbahnhöfe Süd- und Ostbahnhof. Sie beinhaltet ca. 20.000 m2 Geschäftsflächen und wird im zweiten Untergeschoß ca. 600 Pkw-Stellplätze anbieten.

4 Brückenbau im Gesamtprojekt Hauptbahnhof Wien [1]

Bild 8. Autoreisezuganlage – Südbahnhofbrücke (Visualisierung)

Bild 9. Anlage Ost – Gleisbau

So wird durch das Projekt Wien Hauptbahnhof die Anzahl der Service-Standorte (Reparatur, Wartung, Außen- und Innenreinigung) im Großraum Wien reduziert. Damit entfallen Verschub- bzw. Lokfahrten zwischen den Standorten sowie die daraus resultierende Umweltbelastung. Die bahnbetrieblichen Funktionen werden im Projekt nicht nur auf den neuesten Stand der Technik gebracht, sondern ermöglichen zudem aufgrund ihrer Anordnung das neue und effiziente Betriebskonzept der „Bandproduktion“. Die einzelnen Schritte der Zugproduktion und -wartung erfolgen nicht wie bisher auf parallel angeordneten Gleisanlagen, sondern werden hintereinander durchlaufen. Damit können sowohl

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Zeit als auch Betriebskosten eingespart werden, und das Wagenmaterial wird dem Betrieb schneller zur Verfügung gestellt. Folgende wichtige Anlagenteile werden im Projekt neu errichtet: – Behandlungsanlagen für Reisezüge (Ver- und Entsorgung, Außenreinigung) „Blockzugwartung“ – Auto-im-Reisezug-Anlage – Abstellanlagen für Reisezüge und Triebfahrzeuge – Betriebsgebäude für die Standorte Traktion, Produktion und Personenverkehr – Stellwerk Süd Laxenburger Straße – Umfassende Erneuerung und Reorganisation der Bahninfrastruktur und Gleisanlagen

Die bestehende Eisenbahnanlage stellte für die städtische Entwicklung stets eine Barriere dar, die nur an wenigen Stellen überwunden werden konnte. Durch das Projekt Wien Hauptbahnhof werden die bestehenden Querungsmöglichkeiten der Bahnanlage umgebaut und erneuert sowie weitere Brückentragwerke errichtet. Die bestehenden Bahnbrücken im Projekt stammen aus den 60er und 70er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Sie können die Lasten der neu angeordneten Gleislage nicht aufnehmen bzw. entsprechen die Lage- und Höhenverhältnisse der Brücken nicht den neuen Anforderungen. Deshalb werden diese Tragwerke unter Aufrechterhaltung des Verkehrs abgebrochen und in Etappen neu errichtet, Bild 10. Aufrecht zu erhalten sind nicht nur der Straßenverkehr und der Bahnverkehr, sondern auch die Verkehrs-Linien des öffentlichen Verkehrs (Straßenbahn, U-Bahn, unterirdische Straßenbahn, Bus-Linien) sowie Fuß- und Radwegverbindungen. Die bestehenden Tragwerke liegen über Haupteinfahrt-Straßen von Süden nach Wien und bedürfen einer sehr sorgfältigen und langfristigen Bauablauf-Planung, da Verkehrseinschränkungen überwiegend nur in den Sommermonaten möglich sind. Insgesamt werden zusätzlich zur Verkehrsstation zehn Brückentragwerke neu errichtet oder saniert, mit einer Gesamtfläche von ca. 20.000 m2. Die Tragwerke in der Verkehrsstation über dem Geschoß E0 des Aufnahmegebäudes sind hier noch nicht berücksichtigt.

5 Projektabwicklung – Termine Das Projekt in der heutigen Form basiert auf einem Letter of Intent (Stadt

J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

Bild 10. Übersicht Brückentragwerke

Wien, ÖBB) aus 2003 bzw. auf einem städtebaulichen Wettbewerb aus 2004. Mit 2005 wurde mit der Gründung der Projektleitung Wien Hauptbahnhof in der ÖBB Infrastruktur AG die Planung des Bahninfrastrukturprojekts gestartet. 2005 und 2006 wurden die unterschiedlichen Projektvarianten entwickelt und bewertet, das Projekt schließlich im November 2007 bei der Behörde zur Bewilligung nach dem Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz sowie nach dem Eisenbahngesetz und anderen Materiengesetzen eingereicht. Gleichzeitig wurden die UVP-Projekte Straßenbau und Städtebau zur Bewilligung vorgelegt. Mit Jahresende 2008 lagen alle Bewilligungen für das Projekt Wien Hauptbahnhof vor. Bereits Anfang 2008 wurden die Bauarbeiten im Projekt Hightech-Stützpunkt Matzleinsdorf begonnen. 2009 wurden die für die Sperre des alten Südbahnhofes erforderlichen Provisorien errichtet und mit Dezember 2009 (Fahrplanwechsel) wurde der Stützpunkt Matzleinsdorf in Betrieb sowie der Südbahnhof außer Betrieb genommen. Seit Ende 2009 sind alle Abschnitte des Bahninfrastrukturprojekts entweder in Betrieb oder in Bau. Die nächsten großen Meilensteine sind die Teilinbetriebnahme der Bahnanlagen mit Dezember 2012 bzw. die Vollinbetriebnahme der Verkehrsstation mit Dezember 2014. Mit dem Abschluss der Bauarbeiten im Bahninfrastrukturprojekt wird 2015 gerechnet. Die Arbeiten im Städte-

bauprojekt werden darüber hinaus andauern. Das Projekt war und ist aufgrund der engen Verknüpfung mit in Betrieb stehenden Eisenbahnanlagen stets von sehr engen und meist unverschieblichen Terminen geprägt, die bis dato alle eingehalten werden konnten.

6 Genehmigungsverfahren [2] 6.1 Allgemeines Die Gleichzeitigkeit der Entwicklung von Bahn-Infrastruktur und Stadt-Infrastruktur bedingte die gleichzeitige Vorbereitung und Abhaltung von drei UVP-Verfahren für Städtebau, Straßenbau und die Bahninfrastruktur. Erschwerend kam hinzu, dass die Städtebau-UVP die erste ihrer Art in Österreich war und noch keine Erfahrungen, weder auf Seite der Projektanten der ÖBB noch auf Seite der Behörden der Stadt Wien bestanden. Mehr als 100 Gutachter und Sachverständige waren für die Erarbeitung der umfangreichen Gutachten für die drei Umweltverträglichkeitsprüfungen beschäftigt. Gemeinsam mit der Stadt Wien wurde dieses innerstädtische Großprojekt von umfassenden Kommunikationsmaßnahmen begleitet. Transparenz, Offenheit und umfassende Information waren dabei die Leitlinien, um eine positive Grundstimmung dem Projekt gegenüber zu erreichen. Die Informationen wurden über zahlreiche Kanäle, Website, Medienarbeit, Ausstellungen, Präsentationen, Anrainerveranstaltungen, Ombuds-

mann etc. verbreitet und die Ergebnisse der Untersuchungen der UVP samt geplanten Maßnahmen in den Bezirken der Stadt in Bezirksforen diskutiert. Da die BahninfrastrukturUVP beim BMVIT und Städtebauund Straßen-UVP bei der Umweltbehörde der Stadt Wien (MA22) abzuhandeln waren, wurden die Verfahren mitsamt öffentlicher Erörterung und mündlicher Verhandlung getrennt abgewickelt. Die Genehmigungsbescheide erster Instanz wurden im September 2008 ausgefertigt, die Berufungsverfahren für Straßenbau und Städtebau dann im Mai 2009 beim Umweltsenat endgültig positiv beschieden, Bild 11.

6.2 UVP Bahninfrastruktur Im Zuge des UVP-Verfahrens des Bahninfrastruktur-Projekts wurden die Genehmigungen nach UVP-G und nach EisbG sowie die erforderlichen Genehmigungen nach GewO und Wiener Naturschutzgesetz in einem teilkonzentrierten Verfahren beantragt. Das Verfahren wurde mit Antrag der ÖBB am 14.11.2007 gestartet und mit Bescheid des BMVIT vom 23.9.2008 sowie mit Bescheid der MA22 vom 21.11.2008 (Gewerberecht) bzw. vom 29.12.2008 (Naturschutz) erfolgreich beendet. Das Verfahren wurde von den beiden Behörden BMVIT und MA22 in enger Abstimmung abgewickelt. Es wurden von den Behörden teilweise dieselben Sachverständigen bestellt, wodurch eine durchgängige Bewertung in den

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J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

Der Bauzeitplan des Schienenprojekts war strikt in die Erfordernisse der Ausbauplanung der ÖBB eingebunden, im Immobilienprojekt konnte hingegen nur ein genereller Entwicklungsplan erstellt werden, der zusätzlich mehr als zehn Jahre umspannt. Das Straßenprojekt eilt wiederum der städtebaulichen Entwicklung um einige Jahre voraus. Innerhalb dieser Vorgaben mussten aber letztlich exakte kumulierte Simulationsberechnungen des Verkehrsaufkommens, der Lärmentwicklung und der Luftschadstoffsituation durchgeführt werden, die alle Quellen und Emittenten umfasste. Die Lösung wurde hier in der Untersuchung von worst-case-scenarios gefunden, die vor allem in den frühen Projektphasen auftreten, etwa beim Abriss des Süd- und Ostbahnhofes.

Bild 11. Einreichoperat UVP

einzelnen Fachgebieten gewährleistet war. Die untersuchten Fachgebiete waren: – Verkehr – Klima – Licht, Beschattung – Schalltechnik, Lärm – Luftreinhaltung – Erschütterungen – Elektromagnetische Felder – Humanmedizin – Geologie, Grundwasser – Abfall- und Wasserchemie – Abfallwirtschaft – Raum-, Stadtplanung, Sachgüter – Kulturgüter, Bodendenkmale – Stadtbild, Weltkulturerbe – Land- und Forstwirtschaft, Baumschutz, Jagd – Tiere, Pflanzen, Lebensräume Aufgrund der innerstädtischen Lage waren besonders in den Fachgebieten Lärm, Erschütterungen und Luftreinhaltung Schwerpunkte in den Einreichunterlagen bzw. im Verfahren zu setzen. Aber auch Stadtbild (Weltkulturerbe Wien) und Tiere/Pflanzen erforderten besonderes Augenmerk.

6.3 Fachliche Herausforderungen Das Projektgebiet liegt zur Gänze innerhalb von dicht verbautem Gebiet von Wien. Nahezu die gesamte Projektfläche ist seit mehreren Jahrzehnten Eisenbahnanlage. Das Stadtgebiet ist aber im Projektbereich vor allem

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auch durch die anderen Verkehrsträger geprägt (Gürtel, U-Bahn, Straßenbahnen, Busse, etc.). Das Projektgebiet liegt damit in einem vorbelasteten Gebiet hinsichtlich Lärm und Luftschadstoffe. Bei der Bewertung der notwendigen Maßnahmen (z. B. Lärmschutz) wurden daher einige Maßnahmen definiert, die auch ohne Projekterrichtung notwendig geworden wären. So werden im Projekt beispielsweise fast auf die gesamte Projektlänge ca. 8 km bahnbegleitende Lärmschutzwände errichtet. Darüber hinaus sind ca. 14.000 Fenster entlang des Projekts förderwürdig für den Einbau von Lärmschutzfenstern. Ein erheblicher Anteil davon wäre auch als Bestandssanierung notwendig gewesen. Die Projektbearbeitung hat gezeigt, dass gerade im städtischen Umfeld aufgrund der Vorbelastung auch nur geringe Verschlechterungen einzelner Parameter durch ein Neubauprojekt die Genehmigungsfähigkeit eines Projekts gefährden können. Eine erhebliche Herausforderung war die Behandlung der Bauphase der drei einander übergreifenden Projekte Schieneninfrastrukturprojekt, Städtebauprojekt und Straßenprojekt. Naturgemäß war die „Flughöhe“, also der Detaillierungsgrad des Schienenprojekts deutlich höher als beim Städtebauprojekt, wo die endgültigen Baukonzepte erst von den Projektentwicklern der einzelnen Bauvorhaben erstellt werden können.

6.4 Herausforderungen in der Abwicklung Dem Projektgebiet benachbart sind fünf Wiener Gemeindebezirke mit teilweise sehr dichter Verbauung. Die Organisation von Informationsveranstaltungen, Bürgerbeteiligungsveranstaltungen bzw. der vorlaufenden Öffentlichkeitsarbeit erforderte daher eine sehr detaillierte Planung. Da Veranstaltungen ab einer gewissen Anzahl an Teilnehmern reine Informationsveranstaltungen sein müssen und keine Bürgerbeteiligung mehr durchführbar ist, wurden die Bezirke gesondert voneinander betreut. Die Öffentlichkeitsarbeit fand auf mehreren Ebenen statt. Es wurden in Kleingesprächen Stadt- und Bezirkspolitiker betreut, für die Gemeinde- und Bezirksräte wurden Dialogveranstaltungen abgehalten. Interessensvertreter wurden ebenso gesondert betreut wie Vertreter von teilweise schon bestehenden Bürgerinitiativen. Für die Anrainer wurden Wanderausstellungen organisiert, bei denen zu festgelegten Zeiten Experten der Planer und Projektwerber für persönliche Gespräche zur Verfügung standen. Des Weiteren wurden vom Projektwerber die Einsatzorganisationen, die Kammervertreter (Wirtschaftskammer, …), Verkehrs-Clubs, Einkaufsstraßenvereine und andere im Umfeld bestehenden Gruppen (Fahrradorganisationen, Kleingartenverein, …) in vielen Einzelterminen zum

J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

Dialog eingeladen. Bei einem Projekt dieser Größe im bestehenden Streckennetz sind auch die Mitarbeiter der ÖBB eine große Zielgruppe, die mit Informationen zum Projekt frühzeitig versorgt werden müssen. Die Größe des Projektgebiets, die Anzahl der direkt betroffenen Anrainer und die große Menge an Projektbeteiligten bzw. -interessierten musste in der Organisationen der Projektkommunikation beachtet werden. Neben vielen einzelnen Gesprächen und Veranstaltungen wurden Projektfolder, Postwurfsendungen, Inserate und Plakate zur Projektkommunikation eingesetzt. Der große Aufwand in der vorlaufenden und projektbegleitenden Projektkommunikation hat letztlich dazu geführt, dass im Genehmigungsverfahren selbst nur wenige Einwände bzw. Stellungnahmen erfolgt sind. Im Verfahren UVP-Bahninfrastruktur wurden während der öffentlichen Auflage des Projekts 31 Stellungnahmen eingebracht sowie drei Bürgerinitiativen beim BMVIT angezeigt. Im Zuge des Verfahrens wurden fünf Stellungnahmen inhaltlich behandelt, die übrigen wurden mangels Relevanz abgewiesen. Die geringe Zahl der Stellungnahmen bzw. die nur sehr geringe Teilnehmerzahl an der öffentlichen Erörterung bzw. mündlichen Verhandlung wird seitens der ÖBB auf die umfangreiche Projektkommunikation im Vorfeld zurückgeführt.

7 Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation Die Öffentlichkeitsarbeit im Projekt Wien Hauptbahnhof wurde bereits in einer sehr frühen Projektphase (d. h. bereits mit Beginn der Variantenstudien 2005) gestartet. Das Projektumfeld ist geprägt vom städtischen Umfeld mit dicht verbautem Gebiet. Insgesamt sind sechs Wiener Gemeindebezirke Anrainer des Projekts. Da das Projektgelände seit vielen Jahrzehnten Eisenbahngelände ist, waren die Möglichkeiten der Bürgerbeteiligung in der Trassenauswahl sehr begrenzt. Die Herausforderungen in der Öffentlichkeitsarbeit bestehen zudem vor allem in der Anzahl der betroffenen Anrainer und Dialoggruppen bis hin zu politischen Fraktionen bzw. Bezirksund Stadtregierung. Die Genehmigungsphase des Projekts war insbe-

sondere geprägt von drei parallel abzuführenden UmweltverträglichkeitsPrüfungsverfahren (Bahninfrastruktur, Straßenbau, Städtebau) und den damit zusammenhängenden unterschiedlichen Verfahrensabläufen. Die Ziele der Öffentlichkeitsarbeit im Projekt lassen sich wie folgt zusammenfassen: – Verstehen des Projekts – Vertrauensbasis schaffen – Interessen einholen – Verstehen der Behördenverfahren (insbesondere UVP) – Akzeptanz erzielen – Vorschläge aufnehmen – Verständnis für baubedingte Beeinträchtigungen – Beschwerden konsensual lösen – Vorfreude und Begeisterung fördern Die strategische Ausrichtung der Öffentlichkeitsarbeit folgt dem bereits mehrfach bei Infrastrukturprojekten erprobten „Ephesos-Modell“ [3], das von Kienast & Kienast GmbH gemeinsam mit der Hochleistungsstrecken-AG (nunmehr: ÖBB-Infrastruktur AG) entwickelt wurde. Das Modell basiert im Wesentlichen auf drei Säulen: – Information (umfassende, leicht verständliche, zielgruppengerecht aufbereitete Information mit Responsemöglichkeit, die zum Mitdenken anregt) – Dialogorientierte, sachliche und transparente Kommunikation (mit kompetenten Projektpartnern und Entscheidungsträgern, die ein Mitreden der Dialoggruppen auf Augenhöhe ermöglicht) – Partizipation (im Sinne von Mitgestalten innerhalb der Planungsspielräume des Projekts auf einem hohen Wissensniveau auch der externen Dialoggruppen) Zunächst wurde in einer Dialoggruppenanalyse festgestellt, welche Gruppen im Zuge der Öffentlichkeitsarbeit einzubinden sind. Für die einzelnen Gruppen wurden dann, großteils gemeinsam mit ihnen, Mitwirkungsformen entwickelt. Folgende Instrumente wurden und werden im Zuge des Projekts eingesetzt: – Hauptbahnhof Wien Bezirks-Foren (in den sechs betroffenen Bezirken): Projekte und Mitwirkungsmöglichkeit werden durch Projekt-

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leiter präsentiert, von neutralem Moderator/Mediator moderiert, Wortprotokolle Präsentationen und fachspezifische Arbeitsgespräche (für spezielle Dialoggruppen) Hauptbahnhof Wien-Projektmappe (als Arbeitsbehelf mit speziell aufbereiteter Information für Multiplikatoren/Sprecher von Dialoggruppen) Projekt-Ombudsmann (für Anrainer rund um die Uhr ansprechbar, direkte Lösung baubedingter Beschwerden) Wander-Ausstellungen (für alle interessierten Bürger mit Anwesenheit von Experten für Erklärungen der Ausstellungsinhalte) Anrainer-Informationsveranstaltungen (für gezielte Information über lokale Bautätigkeit und deren Einschränkungen), Bild 12 Barrierefreie und interaktive Homepage www.hauptbahnhofwien.at mit Kontakt-Tool bahnorama (Informationszentrum mit Dauerausstellung mit wechselnden Inhalten, begehbarer HolzTurm für Projektbesichtigung, Kinofilm zum Projekt), Bild 13 Fahrgastinformationsfolder auf Bahnhöfen und in den Zügen (für die gezielte Information von Reisenden über Einschränkungen und Neuerungen) Promotoren auf den Bahnhöfen bzw. Straßen vor und bei größeren Änderungen Projektinformationsfolder (in Deutsch und Englisch) Medienkooperationen Baustellenführungen (z. B. für Bürgerinitiativen) Presseaussendungen, Interviews Mitarbeiterinformationen über Projekt- und Baufortschritt, neue Standorte, etc.

Die Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit werden monatlich zwischen den Projektpartnern abgestimmt und weitgehend gemeinsam abgewickelt. Mit zunehmendem Projektfortschritt sind in diese Abstimmungen die ausführenden Firmen ebenso wie die privaten Investoren einzubinden. Besonderes Augenmerk wird auf die persönliche Leitung der bzw. Teilnahme an den Aktivitäten durch die Projektleiter gelegt. Das hat von Beginn an eine solide Vertrauensbasis geschaffen

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J. Engel · Wien Hauptbahnhof – Mehr als ein Bahnhof

Bild 12. Beispiel Anrainer-Informationsveranstaltung

und stellt kompetente Erst-Hand-Informationen für die Gesprächspartner sicher. Der damit verbundene zeitliche Aufwand wurde im Projekt Wien Hauptbahnhof durch eine bislang ruhige Projektabwicklung mit überwiegend positiver Medien-Berichterstattung bzw. einem tragfähigen und vertrauensvollen Gesprächsklima mit den Projektgegnern belohnt.

8 Zusammenfassung Das Projekt Wien Hauptbahnhof wird zu recht als „Jahrhundert-Projekt“ bezeichnet. Neben umfangreichen Bahnanlagen wird ein neuer Stadtteil mit zugehöriger Infrastruktur errichtet. Das Projekt zeichnet sich nicht nur durch seine Größe und die Fülle an technischen Herausforderungen aus, sondern auch durch

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Bild 13. Informationszentrum „bahnorama“

die zügige Abwicklung. Für eine reibungsfreie Abwicklung des Projekts ist nicht nur professionelles Projektmanagement sondern vor allem auch sorgfältige und frühzeitige Öffentlichkeitsarbeit erforderlich. Die Baudurchführung des Projekts läuft seit November 2009 u. a. mit den ersten Freimachungen. Die Teilinbetriebnahme des Gleisprojekts ist mit Fahrplanwechsel im Dezember 2012 vorgesehen, die Vollinbetriebnahme der Verkehrsstation mit dem Handelsund Dienstleistungszentrum mit Dezember 2014, die Gesamtfertigstellung des Gleisprojekts mit Dezember 2015. Trotz des engen und, aufgrund der Erfordernisse der einzelnen Verkehrsträger, verhältnismäßig unflexiblen Terminplans verlaufen alle Bauarbeiten bis dato plangemäß und ohne Verzögerungen.

Literatur [1] Engel, J. und Hartig, K. J.: Hauptbahnhof Wien – Ein Bahnhof entsteht. Betonkalender 2011, Verlag Ernst und Sohn, Berlin. [2] Engel, J. und Unterberger, W.: Wien Hauptbahnhof – UVP im städtischen Umfeld. Beitrag zum Symposium „UVP – Chance oder Fessel für Projekte“ in Salzburg 2011. [3] Kienast, G. und Erber, W.: Das Ephesos-Modell. Eigenverlag, Retz 1995.

Dipl.-Ing. Judith Engel MBA Projektleiterin Wien Hauptbahnhof ÖBB Infrastruktur AG Laxenburgerstraße 4/ MPA 1100 Wien judith.engel@oebb.at

Firmen und Verbände – Persönliches– Rezensionen – Nachrichten Aus dem Inhalt Vorstand der Bundesingenieurkammer gewählt ............................ BW-Vizepräsident Prof. Engelsmann neu im Bundesvorstand ...... Prof. J. Schnell zum neuen Vorsitzenden des DAfStb gewählt ...... Beton-Seminare 2012 .......................................................................... 19. Brandenburgischer Bauingenieurtag ......................................... DBV-Tagungen 2012 ............................................................................. Spritzbeton-Tagung 2012 ..................................................................... Darmstädter Betonfertigteiltage ........................................................ Titel „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst“ verliehen

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NACHRICHTEN

Vorstand der Bundesingenieurkammer gewählt: Kammeyer neuer Präsident der Bundesingenieurkammer Am 13. April 2012 wurde in Berlin turnusmäßig ein neuer Vorstand der Bundesingenieurkammer gewählt. Die 38 Delegierten der 50. Bundesingenieurkammer-Versammlung wählten mit sehr großer Mehrheit den Beratenden Ingenieur, Dipl.-Ing. Hans-Ullrich Kammeyer (Niedersachsen), zum Präsidenten der Bundesingenieurkammer. Kammeyer folgt auf Dr. Jens Karstedt, der nach vier Jahren im Präsidentenamt nicht wieder kandidiert hatte.

sen ist, erklärte in seiner ersten Ansprache, dass er sich für eine zukunftssichere Ingenieurausbildung, klare Berufsausübungsrichtlinien, die Sicherung qualitativ hochwertiger Ingenieurleistungen und die weitere Harmonisierung der Bauordnungen und der Ingenieurgesetze der Länder einsetzen wird. Neben seinen ehrenamtlichen Aufgaben für die 43.000 Mitglieder der Ingenieurkammern ist Kammeyer als Prüfingenieur für Baustatik und öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger tätig.

Als Vizepräsidenten wurden Dipl.-Ing. Peter Dübbert (NRW) und Dipl.-Ing. Ingolf Kluge (Hessen) gewählt. Wiedergewählt wurde das bisherige Vorstandsmitglied Rainer Ueckert (Berlin). Neu in den Vorstand wurden gewählt: Prof. Dr.Ing. Stephan Engelsmann (Baden-Württemberg, siehe unten), Dipl.-Ing. Michael Kordon (Bayern) und Dipl.-Geol. Sylvia Reyer (Thüringen). Der neue Vorstand wird die Geschicke der Dachorganisation der 16 deutschen Ingenieurkammern bis zum März 2016 lenken.

Kammeyer (65), der gleichzeitig Präsident der Ingenieurkammer Niedersach-

NACHRICHTEN

BW-Vizepräsident Professor Engelsmann neu im Bundesvorstand der Bundesingenieurkammer Am 13. April 2012 wurde turnusgemäß der neue Vorstand der Bundesingenieurkammer (BIngK) gewählt (siehe oben). Baden-Württemberg stellt einen neuen Beisitzer: Professor Dr.-Ing. Stephan Engelsmann, erster Vizepräsident der Ingenieurkammer Baden-Württemberg. Der Beratende Ingenieur Stephan Engelsmann, geboren 1964 in Augsburg, studierte nach einer Lehre zum Maurergesellen Bauingenieurwesen an der Technischen Universität München. Ab 1993 war er wissenschaftlicher Assistent bei den Professoren Jörg Schlaich und Kurt Schäfer am Institut für Konstruktion und Entwurf der Universität Stuttgart, seine Promotion erfolgte 1998. 2002 berief ihn die Kunstakademie Stuttgart auf den Lehrstuhl für Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre. 2006 erfolgte die Gründung der Engelsmann Peters GmbH Beratende Ingenieure in Stuttgart. Prof. Dr.-Ing. Stephan Engelsmann (Foto: BIngK/Christian Vagt)

Baden-Württemberg, 2007 wurde er zum ersten Vizepräsident gewählt. Stephan Engelsmann setzt sich unter anderem für interdisziplinäre Wettbewerbe ein, engagiert sich für die Ingenieuraus- und -weiterbildung, Europafragen, und ist zuständig für Kulturaktivitäten der Kammer. INGBW-Präsident Dipl.-Ing. Rainer Wulle: „Ich freue mich sehr, dass unser erster Vizepräsident neu als Beisitzer in den Vorstand der Bundesingenieurkammer gewählt wurde. Damit erhält unsere Stimme entsprechend der Wirtschaftsund Innovationskraft baden-württembergischer Ingenieurinnen und Ingenieure bundesweit noch mehr Gewicht. Ich weiß, dass Kollege Engelsmann die Geschicke der Dachorganisation der sechzehn Länderkammern in den kommenden Jahren äußerst sachkompetent und zuverlässig mitgestalten wird.“

Seit 2006 ist Professor Engelsmann bereits im Vorstand der Ingenieurkammer

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Professor Jürgen Schnell zum neuen Vorsitzenden des DAfStb gewählt

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schnell

Auf der diesjährigen Mitgliederversammlung am 26. März 2012 wurden turnusgemäß der Engere Vorstand und der Vorstand des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) neu gewählt. Zum neuen Vorsitzenden wurde Herr Professor Dr.-Ing. Jürgen Schnell bestimmt. Herr Professor Jürgen Schnell folgt damit dem bisherigen Vorsitzenden, Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Manfred Curbach, nach, der die Geschicke des Vereins von 2004 bis 2012 geleitet hat. Mit Herrn Professor Schnell konnte ein sehr erfahrener Nachfolger für Herrn Professor Curbach gewonnen werden, der die Veränderungen im DAfStb seit über 20 Jahren begleitet und aktiv mit geprägt hat. So war Jürgen Schnell bereits vor der Neustrukturierung des DAfStb im Jahr 1997 Mitglied des dama-

ligen Lenkungsausschusses des DAfStb. Durch Mitwirkung in der sogenannten Strukturkommission in den Jahren 1996/1997 war er unmittelbar an der Neuausrichtung des DAfStb beteiligt, die im Jahr 1998 in der Verabschiedung einer eigenen Geschäftsordnung mit einer modernen und effizienten Gremienstruktur mündete. Die damalige Geschäftsordnung des DAfStb im DIN e. V. bildete die Grundlage für die Verselbständigung des DAfStb im Jahr 2009 und wurde weitgehend unverändert in die neue Satzung des DAfStb e. V. übernommen. Jürgen Schnell war insgesamt 23 Jahre bei der Philipp Holzmann AG beschäftigt und dort zuletzt Leiter der Technischen Abteilung der Zentrale (Tragwerksplanung und Baustofftechnik) in Neu-Isenburg. Seit dem Jahr 2002 ist er Leiter des Fachgebiets Massivbau und Baukonstruktion an der Technischen Universität Kaiserslautern. Auf der Mitgliederversammlung wurden weitere personelle Änderungen im Vorstand und Engeren Vorstand des DAfStb beschlossen. So übernahm Herr Dr.-Ing. Christoph Müller von der VDZ GmbH von Herrn Dr.-Ing. Karl Morgen das Amt des stellvertretenden Vorsitzenden. Herr Dr.-Ing. Müller vertritt den Bereich „Baustoffindustrie und Bauwirtschaft“ im Engeren Vorstand und im Vorstand. Für Herrn Dr.-Ing. Karl Morgen von der WTM Engineers GmbH wurde Herr Dr.Ing. Alexander Steffens, Mitglied der

Geschäftsführung bei WTM Engineers GmbH in Hamburg, in den Engeren Vorstand und den Vorstand des DAfStb gewählt (Bereich Wissenschaft, Beratende Ingenieure und Prüfingenieure). Herr MinRat Dipl.-Ing. Ernst Corinth, Referatsleiter WS 12 „Technik der Wasserstraßeninfrastruktur“ im Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung übernahm im Vorstand den Staffelstab von Herrn MinRat Dipl.-Ing Wolfgang Dörries für den Bereich „Bauaufsicht und Bauherren“. Die aktuelle Zusammensetzung des Engeren Vorstandes und des Vorstandes kann unter www.dafstb.de nachgelesen werden. Herr Professor Schnell würdigte auf der Mitgliederversammlung die besonderen Verdienste von Herrn Professor Curbach für den DAfStb, insbesondere im Zusammenhang mit der Ausrichtung der 100Jahr-Feier im Jahr 2007 in Dresden und stellte ausdrücklich sein besonderes Geschick bei den Verhandlungen mit der Geschäftsleitung des DIN im Jahr 2009 heraus, die zur für die effektive Fortsetzung der Arbeiten wichtigen Rechtseigenständigkeit des DAfStb führten. Mit seiner fachlichen Kompetenz, seinem ausgeprägten Fingerspitzengefühl und ausgleichendem Wesen hat Herr Professor Curbach dafür gesorgt, dass auch in manch kritischen Situationen Konsens unter den verschiedenen im DAfStb vereinten Interessengruppierungen erreicht werden konnte. Dr.-Ing. Udo Wiens, DAfStb Berlin

NACHRICHTEN

Beton-Seminare 2012 BetonMarketing Nord und Ost begrüßten mehr als 2500 Teilnehmer Erstmals in diesem Frühjahr hatten BetonMarketing Ost und BetonMarketing Nord die traditionellen Beton-Seminare gemeinsam konzipiert. Die Themenauswahl, Darbietung und Organisation der inzwischen zu Klassikern gewordenen Seminare fanden wieder große Zustimmung beim Fachpublikum. Die hohe Resonanz von über 2500 Teilnehmern zeugte vom hohen Weiterbildungsbedarf auf dem Gebiet der Betontechnik. Zahlreiche Führungskräfte aus Ingenieur- und Architekturbüros, Mitarbeiter aus Behörden, Lehre und Forschung sowie Beton herstellende und verarbei-

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tende Unternehmen informierten sich an insgesamt 19 Standorten in neun Bundesländern über neue Trends im Betonbau. Veranstalter waren BetonMarketing Ost GmbH und BetonMarketing Nord GmbH sowie der Unternehmerverband Mineralische Baustoffe e. V. (UVMB). Als Mitveranstalter fungierten die jeweiligen Hochschulen an den Veranstaltungsorten, die Handwerkskammer Hamburg sowie die Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar (MFPA) in Apolda. Die Schwerpunkte der Beton-Seminare 2012 stellten die Planung und Herstellung dauerhafter Bauwerke aus Beton dar.

Zur Weiterentwicklung des Regelwerks im Betonbau wies Herr Dr.-Ing. Thomas Richter auf den bereits für die Bemessung und Konstruktion von Stahlbetonbauteilen anwendungsbereiten Eurocode 2 hin, der am 01. Juli 2012 die bis dahin anwendbare DIN 1045-1 ablöst. Zusätzlich wurden wesentliche Unterschiede der beiden Normen erläutert und verglichen. Weiterhin ging er auf die Umweltverträglichkeit von Beton ein und stellte Entwicklungen beim Recyclingbeton vor. „Dieser Beton unter Verwendung von gebrochenem Altbeton als Gesteinskörnung erfüllt alle Anforderungen für Hochbauten und wird in den

Beton- und Stahlbetonbau aktuell nächsten Jahren deutlich an Bedeutung gewinnen“, fasste Dr.-Ing. Richter zusammen. Über die Nachbehandlung von Beton sprach Dipl.-Ing. Wolfgang Schäfer. Er referierte über Anforderungen und Nachbehandlungsverfahren und darüber, wie eine hohe Qualität von Betonoberflächen garantiert werden kann. Zudem ging er auf flüssige BetonNachbehandlungsmittel nach TL NBMStB 08 ein. „Ohne ausreichende Nachbehandlung sind keine dauerhaften Betone herstellbar, vor allem wenn die Betonoberfläche mechanisch oder chemisch beansprucht wird“, stellte er fest und fasste anschließend zusammen: „Erst mit der Nachbehandlung ist die Herstellung abgeschlossen.“ Der Vortrag Betonieren bei hohen und tiefen Temperaturen vermittelte einen Überblick, wie extrem negative Auswirkungen extremer Witterungsbedingungen auf den Beton vermie-

den werden können. Dr. Matthias Beck legte Möglichkeiten und Notwendigkeiten bei der Planung, Betonherstellung und Betonverarbeitung dar. Über Ursachen und Einflussgrößen von Rissen im Beton informierte Dr.-Ing. Thomas Richter. Zusätzlich ging er auf den Einfluss der Risse auf die Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit der Bauteile ein. Bei dem Thema Dauerhafter Beton bei chemischem Angriff erläuterte Dipl.-Ing. René Oesterheld Erfahrungen mit Expositionsklassen und wies auf Besonderheiten im Ingenieurbau und Wasserbau hin. Ergänzend wurde auf die praktische Handhabung des aktuellen Bauteilkatalogs eingegangen. Dieser wurde den Teilnehmern zusammen mit der Broschüre „Herstellung nach Norm“ in der Tagungsmappe überreicht. Im letzten Beitrag „Ausge-

wählte Schadensbilder im Betonbau und ihre Vermeidung“ verdeutlichten Dipl.-Ing. René Oesterheld und Dr.-Ing. Matthias Beck anhand von Beratungsund Schadensfällen aus der Baupraxis, wo Problemstellen auftreten und wie sie zu vermeiden sind. Besonders die praxisnahen Informationen fanden bei den Teilnehmern positiven Anklang. Gern wurde die Möglichkeit wahrgenommen, persönliche Gespräche mit den Referenten zu führen. Der umfassende Service am Infostand mit vielen Literaturangeboten fand wieder sehr guten Zuspruch. Die Teilnehmer lobten die ausführlichen Teilnehmermappen. Erstmals wurden die Vorträge in einem Tagungsband zusammengefasst. Zusätzlich standen die Vorträge der Referenten als PDF-Datei zum Abruf und Download bereit.

NACHRICHTEN

19. Brandenburgischer Bauingenieurtag 2012: Eurocode 2 und aktuelle Entwicklungen im Massivbau Beim 19. Brandenburgischen Bauingenieurtag (BBIT2012) haben sich am 23. März 2012 fast 200 Bauingenieurinnen und Bauingenieure aus Wissenschaft, Wirtschaft und Behörden mit Studierenden an der BTU Cottbus getroffen, um einen ganzen Tag lang aktuelle Entwicklungen im Massivbaus zu diskutieren. Der Präsident der BTU, Prof. Zimmerli sprach den Gästen in seinem Grußwort vor dem Hintergrund zweier schnell nahender Großereignisse Mut zu, sich den Herausforderungen einer zunehmend komplexeren Welt zu stellen. Anlass für sein Plädoyer sind über 5000 Seiten Eurocodes, die in diesem Sommer per Stichtag für alle Bauingenieure verbindlich werden und die von der Landesregierung angekündigten Veränderungen in der Lausitzer Hochschullandschaft. Prof. Werner Lorenz (BTU Cottbus), geschäftsführender Direktor des DavidGilly-Instituts griff diesen Faden auf und stellte den neuen Bauingenieurstudiengang vor. Mit viel Herzblut vertrat er das inzwischen mehrfach preisgekrönte Vorhaben, ein für das Bauingenieurwesen einmaliges Projektstudium gemeinsam mit Lehrenden einer Fachhochschule aufzubauen. Der steigende Zulauf der Studierenden scheint allen Beteiligten Recht zu geben.

Frau Prof. Karen Eisenloffel (BTU Cottbus) übernahm die Preisverleihung für die besten Abschlussarbeiten des BTU Master-Studiengangs „Structural Engineering“. Dank der Unterstützung des Fördervereins Konstruktiver Ingenieurbau e. V. und des Wissenschaftsverlages Ernst & Sohn konnten in diesem Jahr zwei Preise verliehen werden: an Herrn Mathias Kordes, M.Sc. für seine MasterArbeit zu thermischen Einwirkungen von Flugasche in Stahlbetonsilos am

Lehrstuhl Statik und Dynamik (Prof. Peter Osterrieder) und an Herrn Dipl.Vw. Thomas Unger, M.Sc. für seine Master-Arbeit mit experimentellen Untersuchungen an dem neuartigen Hochleistungsverbundwerkstoff Textilbeton am Lehrstuhl Massivbau (Gastprof. Frank Jesse). Beide Preise waren mit jeweils 500 Euro und einem Jahresabonnement aus dem Verlagsprogramm von Ernst & Sohn dotiert.

Der 19. BBIT 2012 an der BTU Cottbus hatte fast 200 Teilnehmer (Foto: Sebastian Rau, BTU Cottbus, Medienzentrum)

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell Im Fachprogramm des Vormittags stand die Einführung des Eurocode 2 im Mittelpunkt. Dr.-Ing. Frank Fingerloos (DBV, Berlin) gab zunächst einen ausführlichen und trotzdem sehr kurzweiligen Überblick zu den kommenden Veränderungen. Dabei appellierte er an den reichlich vorhandenen Ingenieurverstand und warnte vor zu starker Normgläubigkeit. Der zunehmende Einsatz von Computern in der Planung schlägt sich in der Norm durch eine immer stärkere Formalisierung nieder – schließlich müssen die Regeln alle auch programmierbar sein, so eine der Forderung an heutige Normen. Gastprof. Frank Jesse vom Lehrstuhl Massivbau (BTU Cottbus), gleichzeitig auch Ausrichter der diesjährigen Tagung, erklärte ausführlich die Hintergründe der neuen Bemessungsregeln für Querkraft und Durchstanzen. Anschließend übernahm PD Dr. Olaf Mertzsch (Landesamt für Straßenbau und Verkehr Mecklenburg-

Vorpommern, Rostock) die Erläuterung der neuen Methoden zur Durchbiegungsberechnung und zur Schlankheitsbegrenzung. Den zahlreichen Beispielen konnten die Zuhörer eines mit Sicherheit entnehmen: Es kommt ganz schön dick, zumindest bei kleinen und mittleren Spannweiten. Den Nachmittag läutete Dr. HansCarsten Kühne (BAM, Berlin) mit den anstehenden Änderungen der Instandsetzungsrichtlinie ein. Zukünftig soll es eine umfassendere Betrachtung des Lebenszyklus von Bauwerken geben. Dr. Ronny Glaser (INROS Lackner AG, Cottbus) führte anhand zahlreicher Praxisbeispiele durch das nicht nur bei Studierenden mit Ängsten verbundene Thema der Zwangsbemessung. Im weiteren Verlauf der Tagung kamen dann auch (noch) normenfreie Themen zur Sprache. Dr. Silvio Weiland (plan-

zwo, Hamburg) und Dr. Anett Brückner (TU Dresden) zeigten, dass man mit extrem dünnen Schichten aus Textilbeton wahre Wunder bei der Verstärkung von Bauwerken aus Stahlbeton vollbringen kann – und wo möglicherweise die Grenzen dieses innovativen Verfahrens liegen. Abschließend gab Dipl.-Ing. Peter Huth (Wasserstraßen-Neubauamt, Berlin) einen tiefen Einblick in den gegenwärtigen Stand und die speziellen Herausforderungen von Brandenburgs derzeit größtem, im Bau befindlichem Ingenieurbauwerk, dem neuen Schiffshebewerk in Niederfinow. Die angeregten Diskussionen und der fachliche Austausch in den Pausen und mit den zahlreichen Ausstellern der Branche zeigten deutlich, wie wichtig Hintergrundinformationen zu neuen Normen, aber auch wie spannend Innovationen und das Bauen mit Beton sind.

NACHRICHTEN

DBV-Tagungen auf Wachstumskurs Der Deutsche Beton- und BautechnikVerein E.V. (DBV) hat sein Tagungsangebot im Jahr 2012 deutlich erweitert. So wurden bereits seit Jahresbeginn mehr als 1100 Teilnehmer bei den insgesamt 16 Tagungen des DBV gezählt. Den Auftakt bildete die schon vielfach erfolgreiche Tagungsreihe „Typische Schäden im Stahlbetonbau – Vermeidung von Mängeln als Aufgabe der Bauleitung“, die an vier Orten durchgeführt wurde. Die Regionaltagungen zum Thema „Bauausführung“, bislang mit regelmäßig fünf Standorten vertreten, erfuhren ebenfalls eine Erweiterung. Mit der Wiederbesetzung des DBV-Bauberatungsgebiets West kam Bochum als Tagungsort hinzu. Dort lud der DBVBauberater Dr.-Ing. Denis Kiltz zu seiner ersten Regionaltagung ein. Drei weitere Tagungsreihen ergänzen das Angebot bis Mitte 2012 mit Themen zur „DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton –

Erläuterungen und Beispiele“ mit vier sowie zum „Eurocode 2 für Praktiker“ mit drei Veranstaltungsorten. Aufgrund der großen Nachfrage wurde gemeinsam mit dem Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau IRB die Arbeitstagung „Weiße Wannen – richtig beraten, richtig planen, richtig bauen“ im Mai 2012 in Stuttgart wiederholt. Hierzu konnten mehr als 130 Teilnehmer begrüßt werden. Die Arbeitstagungen für die zweite Jahreshälfte 2012 sind bereits in Planung. Den Auftakt bildet auch hier die Reihe „Typische Schäden im Stahlbetonbau – Vermeidung von Mängeln als Aufgabe der Bauleitung“ im September und Oktober in den Ausbildungszentren in Hamm, Remshalden, Stockdorf und Kerpen. Neu konzipiert wurde die Arbeitstagung „Ausführung von Tragwerken aus Beton nach neuen Regelwerken“. Hierzu veranstaltet der DBV insgesamt

fünf Halbtagesveranstaltungen in den Ausbildungszentren Essen, Magdeburg, Frankfurt/Main, Hamburg und Stockdorf und richtet sich damit vor allem an Poliere, Bauleiter, Arbeitsvorbereiter und Oberbauleiter. Auch das Thema „Instandsetzung“ ist im Tagungsangebot des DBV vertreten. Die Arbeitstagung „Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen – Aktuelle Regelwerke und Hinweise zum Stand der Technik“ findet im November und Dezember in Hannover, Düsseldorf und Würzburg statt. Weitere Informationen zu allen DBVTagungen sind erhältlich bei: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V., Frau Kerstin Mrochen, Telefon: 030/236096-30, k.mrochen@betonverein.de, www.betonverein.de → Veranstaltungen.

NACHRICHTEN

Spritzbeton-Tagung 2012 Im Januar 1985 fand die erste Spritzbeton-Tagung in Innsbruck-Igls statt. Am 12. und 13. Januar 2012 konnte Prof. Wolfgang Kusterle 350 Fachleute zur 10. Fachtagung begrüßen. Im Laufe der Jahre änderten sich die Schwerpunkte

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geringfügig. Die Spritzbeton-Tagung, jetzt in Alpbach, dem „Dorf der Denker“, blieb aber über 30 Jahre ein Diskussions- und Austauschforum für die an Spritzbeton interessierten Fachleute. 1985 wurden bereits Themen behandelt,

die auch heute noch aufgegriffen werden: Sulfatbeständigkeit, Faserspritzbeton, Zusatzstoffe, Einschalige Spritzbetonbauweise, Reduktion der Einflussparameter, Ausbesserung und Verstärkung von geschädigtem Stahlbeton.

Beton- und Stahlbetonbau aktuell Die Partner der diesjährigen Tagung waren die Hochschule Regensburg; das Institut für Interdisziplinäres Bauprozessmanagement, TU Wien; die ÖVBB; die Beton Marketing Süd; die ITA Austria; die Lehrstühle Baustofftechnik und Tunnelbau, RUB; der Arbeitsbereich Materialtechnologie, Uni Innsbruck; der Lehrstuhl für Subsurface Engineering, Montanuniversität Leoben; die ÖBB Infrastruktur AG, und die Brenner Basistunnel BBT SE. Die Möglichkeit der Messung der Frühfestigkeiten des Spritzbetons war eine entscheidende Innovation zur Verbesserung und Optimierung des Einsatzes von Spritzbeton im Tunnelbau. Sie erlaubte erst die gezielte Anpassung und Verbesserung der Erstarrungsbeschleuniger und die Festlegung und Kontrolle der Frühfestigkeitsklassen. Laborversuche sind zwar eine mehr oder weniger gutes Hilfsmittel, können aber den Spritzvorgang nicht ersetzen. Das derzeitige Prüfsystem mit Penetrationsnadel und Setzbolzenverfahren wurde in einer Vorstufe 1968 veröffentlicht und für mitteleuropäische Verhältnisse 1983 mit neuen Geräten verbessert und nachgewiesen. 1984 wurde das Verfahren erstmals in Betonund Stahlbetonbau veröffentlich und 1985 auf der ersten Spritzbeton-Tagung vorgestellt. 2006 erschien das Prüfverfahren als EN 14488-2. Luka Oblak, Sika Technology AG und Peter Paulini, Arbeitsbereich für Materialtechnologie der Universität Innsbruck, präsentierten in getrennten Vorträgen neue Verfahren, die eine kontinuierliche, automatisierte Messung der Frühfestigkeitsentwicklung ermöglichen würden. In den letzten Jahren wurde sehr viel über Faserbeton und Faserspritzbeton publiziert und international ist Spritzbeton oft ein Faserbewehrter Spritzbeton. Das Verständnis für die Möglichkeiten dieser Bewehrung bei den Anwendern ist aber oft nur diffus. Sie kämpfen eher mit der preislichen Situation, den erforderlichen Fasergehalten, unverständlichen Anforderungen in Ausschreibungen und stark streuenden Prüfverfahren. Für Normalbeton sind Deutsche und Österreichische Richtlinien und der in Entstehung befindliche Model Code viel weiter als die rudimentären Festlegungen in den EN Reihen 14487 und 14488, bei denen fast kein Zusammenhang zwischen Prüfwert und Bemessung gegeben ist. Gerhard Pittino, Montanuniversität Leoben, erläuterte Parameterstudien am Plattenversuch nach EN 14488-5, Benoit de Rivaz, Bekaert SA, stellte einen neuen Versuch am „breiten Balken“ vor und

Robert Bader, Brugg Contec AG, berichtete über Kriechversuche an Faserbetonen mit Bikomponentenfasern. Ein alter Traum der Spritzbetonexperten ist der sogenannte Einschalige Tunnelausbau. Der Qualitätssprung des Spritzbetons mit Einführung der Alkalifreien Erstarrungsbeschleunigung erlaubt diesen Traum weiterzudenken. Alun Thomas und Andrew Picket, Mott MacDonald Ltd, zeigten, dass unter gewissen Randbedingungen die Bauweise gut realisierbar ist. Durch das Feedback von bereits erfolgreichen Einsätzen konnten auch die Bemessungsverfahren verfeinert werden. Roland Mayr, BASF, präsentierte Erfahrungen mit Spritzbaren Abdichtungen, die in gewissen Fällen als Zusatzmaßnahme sinnvoll sein können. Kunststoffmodifizierungen sind in der Betoninstandsetzung schon lange üblich. Können solche Zusätze auch den Spritzbeton im Tunnelbau entscheidend verbessern? Kann er ohne an dauerhafter Tragwirkung einzubüßen mit weniger Rissen hergestellt werden? Klaus Bonin, Wacker Chemie AG, berichtete über erste Praxiseinsätze, Prof. Rolf Breitenbücher, RUB, über Untersuchungen zur Dichtigkeit von Spritzbetonen für einschalige Tunnelausbauten und Peter Ramge, BAM, über umfangreiche Untersuchungen bei SPCC-Mörteln. Im Tunnelbau können Verformungen auftreten, die kein üblicher Spritzbeton aufnehmen kann, auch kein kunststoffmodifizierter. Schlitze, eventuell in Kombination mit Verformungselementen kommen dann zum Einsatz, wenn man nicht den von Rudolf Röck, Schretter & Cie, vorgestellten hoch verformbaren Spritzbeton einsetzt. Bei reinen Spritzbetonausbauten stören Gitterbögen und andere Einbauten, da sie in der Regel eine Schwachstelle bezüglich Wasserdichtigkeit darstellen. Aber es gibt auch Tunnel, wo nicht nur alle Stahl-Bewehrung weggelassen werden musste, sondern sogar die minimalen Eisenverbindungen im Normzement störend sind. Ein solches Stollensystem wurde bei dem Bau einer Erweiterung des Conrad Observatoriums mit Spritzbeton unter Verwendung von Weißzement erstellt. Norbert Reichard, ÖSTUStettin, berichtete über diese interessante Baumaßnahme. Die großen Neuerungen bei den Ausgangsstoffen für Spritzbeton in den letzten Jahren waren die alkalifreien Erstarrungsbeschleuniger und synthetische

Fließmittel der letzten Generation. Die Abstimmung der Produkte auf den jeweiligen Einsatzzweck geht weiter und ist nicht immer problemfrei. Darüber berichtete Andreas Schaab, Hochtief Solutions AG. Dabei gilt es vor allem die Gleichmäßigkeit aller Ausgangsstoffe sicherzustellen. Zusatzstoffe werden bei Spritzbetonarbeiten gerne eingesetzt. Veit Reinstadler, Mapei UTT, stellte spezielle Zusatzstoffe als Promotoren für die Beschleuniger-Zement Reaktion vor. Im Zuge der Bindemitteloptimierung stehen auch Optimierungen bezüglich des Versinterungspotentials an. Bei gewissen Zusammensetzungen des Bergwassers können Kalkbestandteile des Bindemittels das Zuwachsen der Drainageelemente verstärken. Walter Pichler, Materialconsult, präsentierte die Festlegungen der ÖVBB-Richtlinie Spritzbeton und Praxiserfahrungen mit einer neuen Messmethode. Unsere Tunnel und auch unsere Betoninstandsetzungen sollen dauerhaft den Angriffen, die auf sie einwirken, widerstehen. Besonders für stark chloridausgesetzten Spritzbeton bei Brückeninstandsetzungen und bei ähnlichen Einsatzfällen erläuterte Phillip Holzer, Ing. Konsulent, wie eine zusätzliche Tiefenhydrophobierung ein Plus an Dauerhaftigkeit bieten kann. Die Reaktion von sulfathältigen Wässern mit Bindemittelbestandteilen ist komplex. Sie kann zu Ettringitbildung führen als auch zu Thaumasit. Neueste Forschungsergebnisse zu letzterer Reaktion wurden von Prof. Josef Tritthart, TUGraz, vorgestellt. Im Tunnelbau werden die meisten Spritzbetone heute mit Spritzmanipulatoren aufgebracht. Alberto Belloli, Rowa Tunnelling Logistics AG, stellte viele Einsatzbeispiele von Manipulatoren, z. B. im Nachläufer der TBM und als interessante Alternative in der Betoninstandsetzung, vor. Es gibt auch bereits Programme, bei denen mit der Fernsteuerung der Manipulatoren am Bildschirm virtuell geübt werden kann. Die Teilnehmer hatten in der begleitenden Fachausstellung Gelegenheit, ihr Können unter Beweis zu stellen. Neue Möglichkeiten der Oberflächengestaltung mit Spritzbeton wurden durch Erich Erhard, Torkret Substanzbau AG, vorgestellt. Gestaltete Oberflächen ergeben neue Möglichkeiten im Neubau allgemein, aber auch im Neubau von Tunneln, speziell wenn diese mit einer

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell permanenten Spritzbetonschicht ausgekleidet werden. Für Straßentunnel wurde durch Stefan Krispel, VÖZfi, dabei auch die Möglichkeit des Ersatzes von Tunnelbeschichtungen durch mineralische Stoffe aufgezeigt. 2009 ist die ÖVBB-Richtlinie Spritzbeton, 2010 die DIN 18551 und 2011 die Publication 07 des Norwegischen Betonvereins erschienen. Die EN Reihen 14487 und 14488 rufen nach einer Überarbeitung, da die nationalen Regelwerke großen Nachbesserungsbedarf aufzeigen.

Regelwerke sind jedoch kein Lehrbuch. Unser hoher Standard bei Spritzbetonarbeiten in Mitteleuropa lebt von einer Anzahl an guten Düsenführern. Um diesen Standard zu halten oder gar auszubauen müssen wir auch Wege der Ausund Weiterbildung finden. Tom Melby, Normet International Ltd., gab eine Einführung über das EFNARC-Düsenführer Zertifizierungsprogramm im Tunnelbau.

menarbeit zu finden. Regelwerk und starre Vertragsformen sind nicht unbedingt ein Garant für Innovation und Qualität. Ingenieurverstand und offene Kommunikation dürfen nicht zu vergessenen Tugenden werden. Darüber sprachen abschließend Ernst Fleischmann und Dietmar Thomaseth, Wasser Tirol, bevor Prof. Breitenbücher und Prof. Kusterle die Tagungsbeiträge zusammenfassten und abschlossen.

Schlussendlich müssen alle Beteiligten auch lernen, neue Formen der Zusam-

Weitere Informationen unter www.spritzbeton-tagung.com

NACHRICHTEN

5 x Darmstädter Betonfertigteiltage: Praxisnahes Wissen zum konstruktiven Betonfertigteilbau Erneut erfolgreich, erneut aktuelle Erkenntnisse für wissbegierige Ingenieure und Studierende an der TU Darmstadt. Wieder trugen die Darmstädter Betonfertigteiltage ihrem vor fünf Jahren formulierten Anspruch, technisch fundierten und richtungweisenden Wissenstransfer an Studierende, Tragwerksplaner und Architekten zu vermitteln, Rechnung. Auch Denkanstöße für das zeitgemäße Planen und Bauen mit Betonfertigteilen gab es reichlich und umfangreich. Die Vermittlung der technischen Grundlagen basierte auf den aktuellen Regelwerken in Kombination mit der Umsetzung von Projekten aus der Praxis. Gemeinsam drückten Studierende und Fachplaner die Bank im Hörsaal und wurden von den Dozenten der Universität und insbesondere von den Fachleuten der Betonfertigteilindustrie mit ihrem praktischen Know-How auf den neuesten Kenntnisstand gebracht.

Während der erste Tag so konzipiert war, dass das Entwerfen mit Betonfertigteilen (gestalterische und konstruktive Aspekte, Ökobilanzen und Nachhaltigkeitsbewertung für Betonfertigteile, Fassadenentwurf und -planung unter Einhaltung der EnEV sowie Ökobetone) im Mittelpunkt stand, widmete sich der zweite Tage der „Vordimensionierung und Vorspannung“ (Verbundfugen, vorgespannte Dachbinder). Fortgesetzt wurde am dritten und vierten Tag mit „Berechnung und Fertigung“ (Aussteifung, Bemessung nach EC2, Brandschutz, Fertigung, Transport, Montage, Toleranzen etc.) und „Verbindungen: Konstruktion und Bemessung“. Die Inhalte der Vorträge „machen Appetit auf diese moderne und zukunftsweisende Bauweise“, so ein Seminarteilnehmer. „Wenn man die eigenen Gesetzmäßigkeiten, der das Bauen mit Betonfertigteilen unterliegt, versteht, kann man die

gestalterischen, konstruktiven und wirtschaftlichen Vorteile dieser eigenständigen Bauweise für die eigene Projektplanung voll ausschöpfen.“ Für eine umfassende Weiterbildung im Bereich des konstruktiven Betonfertigteilbaus war die Teilnahme an der gesamten Veranstaltungsreihe empfehlenswert, es bestand ebenso die Möglichkeit, einzelne Tage nach Themenschwerpunkten als Fortbildungsseminar zu buchen. Sowohl die Architekten- und Stadtplanerkammer Hessen als auch die Ingenieurkammer Hessen haben die Darmstädter Betonfertigteiltage als Fortbildungsveranstaltung anerkannt. Zu dieser mehrtägigen Seminarveranstaltung luden auch in 2012 ein: die Technische Universität Darmstadt, die Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e. V. und die BetonMarketing West GmbH.

NACHRICHTEN

Titel „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst“ verliehen Auszeichnung für König-Ludwig-Brücke in Kempten Die König-Ludwig-Brücke in Kempten wurde am 20. April 2012 in einem Festakt als „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ ausgezeichnet. Verliehen wurde der Preis von der Bayerischen IngenieurekammerBau und der Bundesingenieurkammer. Die Präsidenten beider Kammern enthüllten gemeinsam mit dem Oberbürgermeister der Stadt Kempten, Dr. Ulrich Netzer, die Ehrentafel an der Brücke. „Erstmals verleihen wir nun einem Holzbauwerk diesen wichtigen Titel. Die

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König-Ludwig-Brücke ist mit ihren 160 Jahren eine der ältesten erhaltenen hölzernen Eisenbahnbrücken Deutschlands und ein Musterbeispiel für Ingenieurkunst und Nachhaltigkeit“, erklärte Dr.-Ing. Heinrich Schroeter, Präsident der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau. „Diese Brücke markiert einen Wendepunkt in der Ingenieursarbeit. Sie gehört zu den ersten Brücken, die aufgrund theoretischer, rechnerischer Überlegungen zum Tragverhalten entstanden sind“, so Schroeter weiter.

Die 1852 eingeweihte König-LudwigBrücke über die Iller ist ein einzigartiges Denkmal des frühen Eisenbahnzeitalters. Das konstruktive System der Brücke wurde von dem amerikanischen Ingenieur William Howe entwickelt und von 1847 bis 1851 in Fachwerk-Bauweise aus besonders robustem Lärchenholz errichtet. Die Brücke ist die einzige erhaltene aller Howe-Brücken in Deutschland. Sie führt in 30 Meter Höhe über den Fluss, ist 121,6 Meter lang und steht unter Denkmalschutz. Kemptens Oberbürger-

Beton- und Stahlbetonbau aktuell meister Dr. Ulrich Netzer sagte in seiner Rede, dass für die notwendige Sanierung der Brücke voraussichtlich Kosten im siebenstelligen Bereich anfallen werden. Die Stadt sei daher für jede finanzielle Unterstützung zum Erhalt des Denkmals dankbar. Die König-Ludwig-Brücke ist nach der Fleischbrücke in Nürnberg die zweite bayerische Brücke, die den Titel „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ führen darf. Bundesweit ist sie das elfte mit diesem Titel ausgezeichnete Bauwerk. Die Aktion „Historische Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ wird vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung im Rahmen der Initiative Baukultur und dem gleichnamigen Förderverein unterstützt. Pünktlich zur Verleihung des Titels ist auch ein Buch über Kemptens baukulturelles Kleinod erschienen. In auch für den Laien verständlicher Sprache zeigt Autor Prof. Dr.-Ing. Stefan M. Holzer das interessante historische Umfeld und die Bedeutung der Brücke für die Geschichte des Bauingenieurwesens auf. Mit his-

Die König-Ludwig-Brücke in Kempten wurde als „Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ ausgezeichnet (Foto: © BayIKa)

torischen Dokumenten, Illustrationen und Zitaten wird die Geschichte der Brücke lebendig.

„Historisches Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ ausgezeichnet wurden, finden sich unter www.wahrzeichen.ingenieurbaukunst.de.

Weitere Informationen zum Buch sowie zu allen Bauwerken, die bislang als

NACHRICHTEN

Schülerwettbewerb ENERGIEgeladen: Wasserkraft nutzen – Nachwuchs-Ingenieure bauten starke Wasserräder Die Gesamtsieger des Schülerwettbewerbs ENERGIEgeladen stehen fest. Nach der Auszeichnung der Landespreisträger ging der Wettbewerb in die zweite Runde: Die Ingenieurkammern aus Hessen, Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz, Saarland und Sachsen-Anhalt ehrten die besten Nachwuchs-Ingenieure ihrer Bundesländer am 20. April 2012 in der Hochschule Rhein-Main in Wiesbaden. Mit Spannung erwarteten die besten Erbauerteams aus den fünf Bundesländern die Verkündung des Gesamtsiegers beim Schülerwettbewerb ENERGIEgeladen. Rund 200 Nachwuchsingenieure waren mit ihren Familien und Freunden in der Hochschule RheinMain in Wiesbaden zu Gast. Alle Teilnehmer hatten die hohe Erwartung, als beste „Wasserrad-Erbauer“ aus dem länderübergreifenden Wettbewerb hervorzugehen. 2675 Schülerinnen und Schüler aus insgesamt 205 Schulen der fünf Bundesländer hatten sich der anspruchsvollen Aufgabe gestellt, ein leistungsfähiges Wasserrad zu bauen und beteiligten sich mit 944 Modellen am diesjährigen Schülerwettbewerb ENERGIEgeladen.

Die Kammerpräsidenten der fünf Ingenieurkammern zeigten sich von der hohen Teilnehmerzahl und der gleichzeitig hohen Qualität der Wettbewerbsarbeiten beeindruckt. In einem gemeinsamen Statement erklärten sie: „Der Erfolg zeigt uns, dass der Schülerwettbewerb ein adäquates Mittel ist, junge Leute auf spielerische Art und Weise für Naturwissenschaft und Technik zu begeistern.“ Langfristig sei das Ziel, die Zahl der Studienanfänger in ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen zu erhöhen und damit dem Fachkräftemangel nachhaltig entgegen zu wirken. Auch die Politik unterstützt die Nachwuchsarbeit der Ingenieurkammern. So hat auch in diesem Jahr Bundesbildungsministerin Prof. Dr. Annette Schavan die Schirmherrschaft über den Schülerwettbewerb übernommen. Die drei besten Arbeiten der Alterskategorie I (bis 8. Klasse) und II (ab 9. Klasse) jedes Bundeslandes nahmen an dem länderübergreifenden Gesamt-Wettbewerb teil. In Anwesenheit der hessischen Kultusministerin, Frau Dorothea Henzler, wurden

jeweils achtzehn Preisträger inkl. Sonderpreis in zwei Alterskategorien (bis Klasse 8 und ab Klasse 9) ausgezeichnet. Die Teilnehmer, überwiegend Schülerinnen und Schüler aus den Klassenstufen acht und neun, erhielten attraktive Geldund Sachpreise. Die Wettbewerbs-Modelle übertrafen sich dabei an technischer Raffinesse, Kreativität, Originalität und Leistungsfähigkeit. Die Entscheidung über die Platzvergabe war dementsprechend schwer, berichtete die fünfköpfige, mit Experten besetzte Jury, bestehend aus Dipl.-Ing. Joachim Kilian, (Hessen), Dr.-Ing. Dr. techn. Andreas Hutarew (Baden-Württemberg), Dipl.-Ing. (FH) Uwe Angnes M. Eng. (Rheinland-Pfalz), Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Groß (Saarland), Dipl.-Ing. (FH) Jörg Hirsch (Sachsen-Anhalt). Daher entschied die Jury auch, in jeder Alterskategorie zwei 2. Plätze zu vergeben. Auch die Verleihung eines Sonderpreises in der Alterskategorie I an Henrike Timm, 7. Klasse vom Gymnasium am Schloss aus Saarbrücken, war für die fünf Ingenieure eine Selbstverständlichkeit, bestach doch das Modell „Orchi-

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell deenrad“ durch seine Farbenpracht und originelle Bauweise. Gesamtsieger der Kategorie I wurde der 9 Jahre alte Finn Bamberger aus dem Landkreis Birkenfeld in Rheinland-Pfalz. Der Schüler der Klasse 4 der Grundschule in Niederbrombach hatte die Jury mit seinem Modell „Turbo“ durch ein hohes Maß an Verarbeitungsqualität sowie eine ausgefallene und zugleich äußerst sorgfältige Gestaltung überzeugt. Die Konstruktion ist ebenso wie die Statik des Wasserrades sehr durchdacht und funktionsfähig. „Einzigartige Gestaltung trifft bei hohem Konstruktionsniveau auf sehr sorgfältige und ausgereifte Verarbeitungsqualität. Kreativität und Präzision sowie der geschickt gewählte Materialmix runden das positive Gesamtbild ab“, bestätigt die Jury. Gesamtsieger der Kategorie II wurde das „Gruppenbild mit Dame“ des zwölfköpfigen Erbauerteams Andreas Rockel, Kai Höbeler, Alexander Keller, Maurice Rost, Lukas Thamer, Johannes Becker, Dominique Sophie Richter, Niklas Hodes, Hendrik Hehlgans, Mathias Hill, Mario Alexander, Marcel Schmittdiel. Die hessischen Schüler der Max-Eyth-Schule Alsfeld überzeugten die Experten-Jury mit dem Wasserradmodell „Vogelsberger Wasserrad“. „Der hohe Grad der Verarbeitung, die Langlebigkeit der Konstruktion (auch unter Testbedingungen) und die Maßhaltigkeit der Vorgaben waren beeindruckend. Die schlichte Eleganz der Konstruktion, kombiniert mit einer durchdachten Auswahl der verwendeten Komponenten ergeben nicht nur eine harmonische optische Präsenz, sondern wussten auch im Betrieb vom Wirkungsgrad her zu überzeugen. Alles in allem ein optimal konstruiertes Modell, welches in dieser Form auch in die Realität

übernommen werden könnte!“, hieß es in der Jurybegründung. Beide Gesamtsieger erhielten für ihre Leistung jeweils 500 Euro. Neben der Bekanntgabe der insgesamt 33 Auszeichnungen war die Schnuppervorlesung „Energie durch Wasserkraft“ von Prof. Dr.-Ing. Ernesto Ruiz Rodriguez, Hochschule RheinMain, ein besonderes Highlight. Denn alle qualifizierten Wasserradmodelle aus den Landeswettbewerben sind vor der gemeinsamen Jurysitzung noch einmal durch den Hochschulprofessor zur besseren Vergleichbarkeit dem Leistungstest im Versuchsstand unterzogen worden. Bei der Preisverleihung konnten sich die Schülerinnen und Schüler dann live von der Wissenschaftlichkeit und Ernsthaftigkeit des Tests überzeugen, denn Prof. Dr. Rodriguez hatte den Versuchstand im AudiMax aufbauen lassen und dem jungen, sichtlich beeindruckten Publikum gezeigt, wie ihre Wasserräder auf ihre Funktionstüchtigkeit und Leistungsfähigkeit geprüft worden waren.

Siegerinnen und Sieger des Bundeswettbewerbs ENERGIEgeladen: Alterskategorie I (bis Klassenstufe 8) Platz 1: Finn Bamberger: „Turbo“, 4. Klasse, Grundschule Niederbrombach (Rheinland-Pfalz) Platz 2: Jonas Schöpfer: „Aqua-Ampera“, 7. Klasse, Gymnasium Birkenfeld (Rheinland-Pfalz) Platz 2: Almin Avdic, Anna Bauer, Caroline Bühler, Verena Jauß, Florian Knecht, Carina Krumrein, Friedrich Mast, Annette Schweiker, Karen Taubenberger, Manuel Till, Tim Walsdorff: „Zwölf Zwerge“, 7. Klasse, Schönbuch-Gymnasium Holzgerlingen (BadenWürttemberg)

Platz 3: Kevin Kiem: „Das gesteckte Wasserrad“, 8. Klasse, IGS Kandel (Rheinland-Pfalz)

Alterskategorie II (ab Klassenstufe 9) Platz 1: Andreas Rockel, Kai Höbeler, Alexander Keller, Maurice Rost, Lukas Thamer, Johannes Becker, Dominique Sophie Richter, Niklas Hodes, Hendrik Hehlgans, Mathias Hill, Mario Alexander, Marcel Schmittdiel: „Vogelsberger Wasserrad“, 11. Klasse, Max-Eyth-Schule Alsfeld (Hessen) Platz 2: Alexander Hegner: „Der Gerät“, 9. Klasse, Bertha-von-Suttner Realschule Stuttgart (BW) Platz 2: Matthias Haase, Markus Rogg, Daniel Karasek, Michael Kugler, Robert Kugler, Marius Oliver Lambert, Adrian Nothelfer: „Modell 1“, 9. Klasse, Werkrealschule Dietenheim-Illerrieden (Baden-Württemberg) Platz 3: Tobias Reinsch, Tom Zeltwanger: „T2“, 10. Klasse, Mörike-Gymnasium/Kepler-Seminar der HeidehofStiftung Ludwigsburg (Baden-Württemberg) Sonderpreis: Henrike Timm: „Orchideenrad“, 7. Klasse, Gymnasium am Schloss, Saarbrücken (Saarland) Auch im kommenden Schuljahr werden wieder talentierte Nachwuchsingenieure gesucht. Die Ingenieurkammern arbeiten schon an einer Neuauflage des Wettbewerbes. Weitere Informationen zum Schülerwettbewerb ENERGIEgeladen finden Sie auf der Homepage der jeweiligen Ingenieurkammer und auf der Internetseite zum Schülerwettbewerb unter www.energiegeladen.ingenieure.de.

NACHRICHTEN

Wie kommt ein CE-Zeichen auf einen Transportanker und was bedeutet dies? Maschinenrichtlinie – BGR106 – VDI/BVBS-Richtlinie 6205 Das CE-Zeichen steht für Community European und soll bedeuten, dass ein Produkt gekennzeichnet mit diesem europäischen Symbol, frei im europäischen Warenmarkt gehandelt werden darf. Das CE-Zeichen ist ein Symbol für eine Herstellerkonformitätserklärung. Das heißt, ein Hersteller oder In-den-Markt-Bringer versichert, konform mit einer Vorschrift die Produkte erzeugt zu haben und in den Markt zu tragen. Für Transportankersys-

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teme ist dies die verbindlich anzuwendende Richtlinie 2006/42EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 17. Mai 2006, kurz und umgangssprachlich auch Maschinenrichtlinie genannt. Am 29. Dezember 2009 bereits war die Übergangsfrist abgelaufen. Ab diesem Zeitpunkt wurde die Maschinenrichtlinie in Deutschland durch die 9. Fassung des Geräte- und Produktsicherheitsgesetz in Kraft gesetzt.

Die Maschinenrichtlinie definiert Lastaufnahmemittel als ein nicht zum Hebezeug gehörendes Bauteil oder Ausrüstungsteil, das das Ergreifen der Last ermöglicht und das zwischen Maschine und Last oder an der Last selbst angebracht wird. Es ist dazu bestimmt, ein integraler Bestandteil der Last zu werden, das gesondert in den Verkehr gebracht oder erstmalig bereitgestellt, in Betrieb genommen oder benutzt wird;

Beton- und Stahlbetonbau aktuell also auch wenn ein Werk Anker selbst für Eigengebrauch herstellt. Ein Protokoll einer Sitzung der Working Group Machinery Directive der Europäischen Kommission vom Dezember 2000 klärt die Anfrage Italiens, ob unter Lastaufnahmemittel nur diejenigen einzuschraubenden oder anzuschlagenden, immer wieder zu verwendenden Lastaufnahmemittel zu gelten haben oder eventuell auch die auf Dauer im Beton verbleibenden zugehörigen Transportanker eines Transportankersystems. Die Vertreter der Europäischen Kommission legten fest, dass Transportanker, genauso wie das zugehörige Lastaufnahmemittel, voll und ganz von der Maschinenrichtlinie abgedeckt werden und voll und ganz deren Bestimmungen unterliegen. Dies wurde dann 2006 in die Maschinenrichtlinie 2006 aufgenommen, sodass seit dem 29. Dezember 2009 verpflichtend Transportanker der Maschinenrichtlinie entsprechen müssen und gemäß § 6 des Geräte- und Produktsicherheitsgesetzes auch mit dem CE-Zeichen versehen sein müssten. Darin liegt ein bedeutender Unterschied der aktuellen Fassung von 2006 zur alten Maschinenrichtlinie von 1998 für die Betonfertigteilbranche. Einfach ein CE-Zeichen als Konformitätserklärungshinweis bezüglich der Maschinenrichtlinie nur basierend auf Stahltragfähigkeiten ohne Betontragfähigkeiten auf den Transportankern anzubringen, wäre ein Leichtes, wie dies italienische Hersteller bereits praktizieren. Hersteller in Deutschland haben dies jedoch bisher unterlassen, weil es hier ein ganzes Bündel offener Fragen gibt, bevor man die Konformität zur Maschinenrichtlinie für im Beton verankerte Transportankersysteme umfassend erklären kann. 1. Der Betriebskoeffizient 4 ist für die gesamte Hebesituation anzusetzen. Wie ist dieser für die Verankerung im Beton zu sehen, die üblicherweise versagt und wie verträgt sich das mit 2,5facher globaler Sicherheit gegen Betonausbruch nach den bisherigen Regeln der Berufsgenossenschaft BGR 106? Ist dies nun im Widerspruch zur Maschinenrichtlinie? 2. Wie muss auf dem Transportanker gemäß Maschinenrichtlinie die maximale anzuhängende Masse in [kg] oder [t] angegeben werden? Die Maschinenrichtlinie regelt eine Masse, die man anhängen kann. Dies ist jedoch bei im Beton eingebetteten

Ankern ohne eine genaue Definition, was man damit meint, nicht möglich, da die Anwendungssituation die Kräfte verändert und andererseits die Einbausituation den Widerstand sehr stark bei an sich immer gleicher Masse ebenfalls stark verändert. 3. Welches Konzept soll der Hersteller von Transportankern beim Ermitteln der charakteristischen Widerstände seiner Transportanker im Beton anwenden? Bisher wurde eine vereinfachte Statistik mit einem Minimalwert aus drei Versuchen herangezogen. Grundsätzlicher dürfen bei technischen Standardisierungen nur noch charakteristische Werte auf statistischen Auswertungen, wie 5 %-Fraktile bei 75 % Aussagewahrscheinlichkeit oder ähnliche Verfahren, herangezogen werden. Was gilt nun hier? 4. Welche Versuchsbedingungen und Versuchsanordnungen sind für Ankerversagen im Beton durch die Hersteller heranzuziehen? Es hat sich gezeigt, dass wesentliche Einflüsse, wie Randabstand bei der Abstützung oder Anordnung in Druck- oder Zugzone oder überhaupt Verwendung von Aufzeichnungsgerät Kraft-Weg-Beziehungen, unterschiedliche Ergebnisse liefern, und es bedarf einer klaren Festlegung, auf welcher Basis die Werte zu ermitteln sind. Auch bedarf es einer Definition, dass diese widerstandsbestimmenden Versuche durch Fachinstitute/-labore durchzuführen sind. 5. Wie verträgt sich ein Betriebskoeffizient 4,0 mit dem Sicherheitsfaktor im Beton von 2,5? Bei der Ermittlung der einwirkenden Last wird üblicherweise im Bauwesen die dynamische Wirkung (Ruckfaktor, Trägheitseffekte) mit 1,3 bis 1,4 berücksichtigt. Um dies kann man den Betriebskoeffizienten reduzieren, sofern man nur einen statischen Zugversuch als Referenz verwendet. Ebenso liefert ein QM-Management im Fertigteilwerk einen Vorteilsfaktor von 1,2. Aber wer legt das so fest? Resümee: Eine CE-Kennzeichnung gemäß der Maschinenrichtlinie, wie gesetzlich gefordert, ist derzeit für im Beton verankerte Transportanker bei Berücksichtigung obiger offenen Fragen nicht festgelegt und somit unmöglich. Es bedarf dafür einer weiteren ergänzenden harmonisierten Vorschrift, wie einer

DIN-EN, die die Interpretation der Maschinenrichtlinie erlaubt. Als entsprechende Regel hat der Bundesverband Bausysteme mit dem Kooperationspartner VDI die dreiteilige VDI/ BV-BS-Richtlinie 6205 erarbeitet, die im April 2012 veröffentlicht werden soll. Dies ist eine national erstellte Regel unter Beteiligung aller interessierten Kreise – dies sind die Hersteller der Transportankersysteme, die Betonfertigteilwerke, der Betonfertigteilverband, der Bundesverband Bausysteme, Vertreter des VDI, Vertreter der Prüfinstitute und der Berufsgenossenschaft. Die VDI/ BVBS RiLi6205 definiert im Teil 1 allgemeine Dinge, wie Anwendbarkeit, Festlegungen und Verantwortlichkeiten. Sie regelt im Teil 2 (für Hersteller) die offenen Fragen zu der Versuchsdurchführung, der Kennzeichnung, der Interpretation, der aufzubringenden maximalen Tragfähigkeit oder des zulässigen Widerstandes. Die Auswahl und die Anwendung von Transportankern erfolgt nach Teil 3 (für Planer und Anwender). Dieses Regelwerk soll auch benutzt werden, um auf internationaler Ebene eine harmonisierte DIN-EN-Norm unter dem CEN-Dach der Maschinenrichtlinie zu initiieren, da nur dann europaweit eine Referenz für die Konformitätserklärung gegeben ist. Auf die VDI/BVBS6205 können sich Hersteller in Deutschland vorab berufen und damit ein nachvollziehbares Sicherheitsniveau für die Betonverankerung bei der Herstellererklärung hinsichtlich der Maschinenrichtlinie erklären. Die Moral von der Geschicht: Die gesetzlich geforderte CE-Kennzeichnung kann trügerisch sein, weil sie nicht automatisch bedeutet, dass auch wirklich Sicherheit gegen Betonausbruch damit verknüpft ist. Der Unternehmer im Fertigteilwerk ist also gut beraten, genau hinzusehen und zu beachten, was ihm wer in welchem Umfang in der Konformitätserklärung des Herstellers erklärt. Bei einer Erklärung, bezogen auf die VDI/BVBS-RiLi6205, kann auf Berücksichtigung der Sicherheit gegen Betonausbruch geschlossen werden. Damit findet der Anwender eine für ihn sicherere CE-Aussage. Gesteigert würde diese Aussage durch eine Bestätigung von einer autorisierten dritten Stelle wie einem Gütesiegel des Bauverbandes. Matthias Kintscher, Vorsitzender des Bundesverband Bausysteme e. V. Koblenz

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell NACHRICHTEN

Aufträge im Bauhauptgewerbe im Februar 2012: real + 10 Prozent zum Vorjahr Die positive Entwicklung der Auftragseingänge des Bauhauptgewerbes im Jahr 2011 setzte sich im Februar 2012 weiter fort. Wie das Statistische Bundesamt (Destatis) weiter mitteilt, stiegen die Auftragseingänge preisbereinigt um 10,0 %. Dabei nahm die Baunachfrage im Hochbau um 5,1 % und im Tiefbau um 16,2 % zu. Die Zahl der im Februar 2012 geleisteten Arbeitsstunden ging kältebedingt zurück (–20,2 % gegenüber Februar 2011). Die Witterung spiegelt sich in geringerem Maße auch beim Umsatz wider: Der Gesamtumsatz belief sich im Februar 2012 auf rund 4,3 Milliarden Euro und sank damit gegenüber Februar 2011 um 8,6 %. Ende Februar 2012 waren in den Betrieben des Hochund Tiefbaus 701.000 Personen tätig; das waren etwa 15.000 Personen mehr als ein Jahr zuvor (+2,2 %). In den ersten zwei Monaten 2012 stiegen die Auftragseingänge des Bauhaupt-

gewerbes preisbereinigt um 12,4 % gegenüber dem entsprechenden Vorjahreszeitraum. Der Gesamtumsatz des Bauhauptgewerbes betrug im Zeitraum Januar bis Februar 2012 8,7 Milliarden Euro und lag damit um 3,8 % über dem Niveau der ersten zwei Monate 2011. Die durchschnittliche Zahl der tätigen Personen ist in diesem Zeitraum um 2,4 % gestiegen. Mit vorsichtigem Optimismus verfolgt auch die Schutzgemeinschaft für Baufinanzierende e. V. (München) die seit einigen Monaten permanent steigende Nachfrage im Hochbau. Die Verbraucherschutz-Organisation führt den Anstieg grundsätzlich auf die günstigen Rahmenbedingungen auf dem Finanzmarkt zurück. Die derzeit günstigen Hypothekenzinsen sind für viele potentielle Hausbesitzer ein sehr starkes Signal. „Wenn nicht jetzt, wann dann“, so beschreibt Florian Haas, Vorstand der

Schutzgemeinschaft für Baufinanzierende e. V. (München), die Aufbruchsstimmung in vielen Haushalten Deutschlands. Dennoch weist Haas darauf hin, dass ein genaues Hinschauen nicht nur bei der Bau-Finanzierung lohnt, bei der es nach wie vor sehr große Unterschiede gibt. Auch bei den bauausführenden Firmen gilt es, genau hinzuschauen. „Natürlich muss die Qualität der Bauausführung stimmen. Hier lohnt es sich, die zertrifizierten Garantieleistungen der Baufirmen intensiv unter die Lupe zu nehmen“, so Haas. Die aktuellen Zahlen beziehen sich auf eine aktuelle Pressemeldung (Nr. 141) des Statistischen Bundesamtes Wiesbaden (Destatis) vom 23. April 2012.

NACHRICHTEN

Deutscher Bautechnik-Tag 2013 in Hamburg: Call for Papers Am 11. und 12. April 2013 ist es wieder soweit: Unter dem Motto „Infrastruktur stärken – Zukunft sichern“ findet der Deutsche Bautechnik-Tag in Hamburg statt. Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E. V. (DBV) erwartet zu dem Kongress unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung mehr als 1.000 Teilnehmer aus der Bauherrenschaft, aus Bauunternehmen, Ingenieurbüros, Verwaltung, Wissenschaft und Zulieferindustrie. Mit einem Call for Papers ruft der Veranstalter erstmals ein breiteres Publikum zur Einreichung von Vorträgen auf. Dipl.-Ing. Klaus Pöllath, Vorsitzender des DBV: „Für das Fachprogramm des Deutschen Bautechnik-Tags suchen wir interessante

Projekte und Entwicklungen in der Bautechnik.“ „Aber: Wir wollen auch Lösungen sehen. Welche Details haben sich bei der Planung und Bauausführung als schwierig herausgestellt? Und wie wurden sie gelöst?“, so der Vorsitzende weiter. Vertreter aller am Bau Beteiligten sind aufgerufen, einen Vortrag für das zweitägige Fachprogramm des Kongresses einzureichen. Themen: – Aktuelle Baumaßnahmen im In- und Ausland – Akzeptanz und Bürgerbeteiligung – Bauprojekte in der Metropolregion Hamburg – Bauwerke für die Energiewende – Forschung, Entwicklung und Innovation

– Instandhaltung und Erweiterung der Verkehrsinfrastruktur – Interaktion von Bau und Ökologie – Nachhaltige und energieeffiziente Gebäude – Planung und zukünftige Projekte im In- und Ausland Einsendeschluss ist der 31. Juli 2012. Über das Kongressprogramm entscheidet danach eine zwölfköpfige Programmjury aus Fachleuten und Vertretern aller beteiligten Gruppen. Weitere Informationen sowie das Call for Papers sind erhältlich unter www.bautechniktag.de, info@bautechniktag.de. bzw. in der Beilage dieses Heftes.

NACHRICHTEN

13. Ingenieurbau-Preis von Ernst & Sohn ausgelobt Der Verlag Ernst & Sohn lobt zum 13. Mal den Ingenieurbau-Preis aus. Der Preis wird seit 1988 alle zwei Jahre für herausragende Leistungen im Konstruktiven Ingenieurbau vergeben. Der Preis wird an ein Projektteam für das ausge-

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zeichnete Bauwerk vergeben. Die Gewinner erhalten eine repräsentative Plakette. Eine Teilnahme ist die Gelegenheit, auf herausragende Leistungen im Konstruktiven Ingenieurbau aufmerksam zu machen. Über das ausgezeichnete

Bauwerk wird ausführlich in allen Fachzeitschriften des Verlags Ernst & Sohn berichtet. Mit den nationalen und internationalen Zeitschriften werden mehr als 30.000 fachkundige Leser über die Projekte, die beteiligten Ingenieurbüros

Beton- und Stahlbetonbau aktuell und ausführenden Baufirmen informiert. Darüber hinaus dokumentiert und publiziert der Verlag alle Wettbewerbsbeiträge in seinen Online-Angeboten.

– Der Standort des zu prämierenden Bauwerks – und das ist neu – ist regional nicht eingeschränkt, sondern kann sich weltweit befinden.

Teilnahmebedingungen: – Die Ingenieurleistung muss innerhalb Deutschlands, Österreichs oder der Schweiz erbracht worden sein.

– Das Bauwerk muss zwischen August 2010 und August 2012 fertiggestellt worden sein.

– Teilnahmeberechtigt sind Personen, die für den Entwurf und/oder Ausführung verantwortlich waren. Einsendeschluss ist der 14. September 2012. Mehr Informationen dazu finden Sie auf www.ingenieurbaupreis.de

BÜCHER

fib Bulletin 63: Design of precast concrete structures against accidental actions fib Bulletin 63, “Design of precast concrete structures against accidental actions”, is now available for purchase from the fib secretariat at www.fib-international.org/publications/ fib Since the 1980s, several buildings throughout the world have been subject to gas explosions, impact by cars or airplanes, or car bomb attacks. In many cases the effect of the impact or explosion has been the failure of a critical structural member at the perimeter of the building. After the failure, the load supported by that member could not be redistributed and part or all of the structure has collapsed in a progressive manner. The phenomenon that occurs when local failure is not confined to the area of initial distress, and spreads horizontally and/or vertically through the structure, is termed progressive collapse.

Progressive collapse is a relatively rare event, as it requires both an accidental action to cause local damage and a structure that lacks adequate continuity, ductility, and redundancy to prevent the spread of damage. It is technically very difficult and economically prohibitive to design buildings for absolute safety. However it is possible to construct precast concrete buildings that afford an acceptable degree of safety with regard to accidental actions. A structure is normally designed to respond properly, without damage, under normal load conditions, but local and/or global damages cannot be avoided under the effect of an unexpected, but moderate degree of accidental overload. Properly designed and constructed structures usually possess reasonable probability not to collapse catastrophically under such loads, depending on different factors, for example:

– the type of loading; – the degree and the location of accidental loading in regard to the structure and its structural members; – the type of structural system, the construction technology, and the spans between structural vertical members, etc. No structure can be expected to be totally resistant to actions arising from an unexpected and extreme cause, but it should not be damaged to an extent that is disproportionate to the original cause. The aim of fib Bulletin 63 is to summarize the present knowledge on the subject and to provide guidance for the design of precast structures against progressive collapse. Pages: 78 Non-member price: 80 CHF ISBN 978-2-88394-103-8

BÜCHER

fib Bulletin 64: Effect of zinc on prestressing steel fib Bulletin 64, “Effect of zinc on prestressing steel”, is now available for purchase from the fib secretariat at www.fib-international.org/publications/ fib Concerns have been raised regarding the durability of galvanized prestressing steels in contact with cementitious grout, and regarding the use of galvanized ducts for grouted tendons or galvanized inserts or components in contact with prestressing steel inside concrete. These concerns are mainly based on the assumption that the hydrogen formed on the zinc surface when exposed to the fresh cementitious grout for a short period of time represents a risk of hydrogeninduced stress corrosion for the prestressing steel. Basic research has demonstrated that hydrogen-induced

stress corrosion may indeed occur with prestressing steels that are sensitive to such corrosion. The use of galvanizing for high strength steels exposed to atmosphere is less controversial. However, under certain conditions hydrogen may develop also and potentially damage the high strength steel. fib Bulletin 64 provides a summary and evaluation of the relevant parameters on the corrosion behaviour of high strength wires, strands and bars when in contact with zinc with and without the presence of fresh cementitious grout or concrete. Both tendons made of prestressing steels used in structural concrete and cables under atmospheric conditions are considered.

The main groups of applications discussed in this bulletin are: – A zinc-coated high strength steel for applications in atmospheric corrosion conditions; – B zinc-coated prestressing steel embedded in fresh cementitious grout or concrete; – C bare prestressing steel (no zinc coating) embedded in fresh cementitious grout or concrete in direct contact with, or indirect contact in the immediate vicinity of, galvanized components embedded in the grout or concrete (e.g. galvanized ducts, galvanized reinforcing steel, galvanized fastenings/dowels, etc). Pages: 22 Non-member price: 30 CHF ISBN 978-2-88394-104-5

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen Ort und Termin

Veranstaltung

Auskunft und Anmeldung

Karlsruhe 22. Juni

DBV Arbeitstagung „Eurocode 2 für Praktiker“ Im Rahmen des DIBt-Forschungsprojektes „EC2-Pilotprojekte“ wurde DIN EN 1992-1-1 mit Nationalem Anhang von in der Praxis tätigen Ingenieuren erprobt. In der Arbeitstagung werden mit zwei Anwendern wichtige Hinweise und Beispiele zur Umsetzung der Normung aus erster Hand gegeben: Einführung, Baustoffe, Dauerhaftigkeit – Biegung mit Längskraft und Druckglieder inkl. Aussteifungssystem, Verbundfuge – Querkraft und Durchstanzen – Rissbreiten, Durchbiegung, Bewehrungs- und Konstruktionsregeln

Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Tel.: 030/23 60 96 30 k.mrochen@betonverein.de www.betonverein.de

Dresden 28. Juni

Ingenieurbau mit Beton

BetonMarketing Ost GmbH Tel.: 030/ 30 87 77 8 20 www.beton.org

Hannover 28. Juni Nürnberg 6. Juli

Transportankerseminare zur neuen VDI/BV-BS Richtlinie 6205

Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH Tel.: 08331/937-351 kgeh@pfeifer.de www.pfeifer.de

Karlsruhe 22. bis 25. Juli

9th fib International PhD Symposium in Civil Engineering Structural analysis and design – Innovative structural systems – Advanced materials – Sustainability and cost efficiency – Strengthening and repair – Monitoring

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Massivbau und Baustofftechnologie (IMB) Tel.: 0721 608 44088 fib-phd@imb.kit.edu www.fib-phd.imb.kit.edu

Nürnberg 25. bis 26. Juli

Instandhaltung von Betonbauteilen Einführungslehrgang für Berufsanfänger und Einsteiger

TAW Technische Akademie Wuppertal Tel.: 0202-7495-319 bernhard.stark@taw.de www.taw.de

Bremerhaven

Offshore-Windenergie: Design und Installation von Tragstrukturen in der Nordsee Entwurf sowie Berechnungsmethoden zur Auslegung der Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen

HAUS DER TECHNIK e.V. Tel.: 0201-18 03-1 www.hdt-essen.de

Nürnberg 18. bis 19. September

Abdichtung von wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton im Ingenieur-, Wasser- und Tiefbau Fugenabdichtung fachgerecht geplant und ausgeführt. Instandsetzung von Rissen und Fugen bei wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton

TAW Technische Akademie Wuppertal Tel.: 0202-7495-319 bernhard.stark@taw.de www.taw.de

Braunschweig 19. bis 20. September

Braunschweiger Brandschutztage 2012 26. Fachtagung Brandschutz bei Sonderbauten Neuerungen im Brandschutz – Normen, Richtlinien, Verordnungen – Brandschutzkonzepte für Sonderbauten – Rauchableitung und Rauchfreihaltung

Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig Zentralstelle für Weiterbildung Tel.: 0531 391 4212 d.kaehler@tu-bs.de www.tu-braunschweig.de/zfw

Dresden 27. bis 28. September

4. Anwendertag Textilbeton Textilbeton in Theorie und Praxis Entwicklungen und Anwendungen – aktuelle Ergebnisse – Forschung, Planung und Bauausführung – Anwendung von Carbonfasern im Bauwesen Preisverleihung TUDALIT® Architekturwettbewerb

TUDALIT info@tudalit.de www.tudalit.de

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Arbeiten in … Norwegen „Wesentlich geselliger und mehr auf Zusammenarbeit eingestellt.“ Fünf Fragen an Florian Kosche, Dipl.-Ing. Geschäftsführer BollingerGrohmann + Florian Kosche AS 1. Gibt es in Norwegen aktuell gute Chancen für Bauingenieure? Ja durchaus in allen Bereichen des Bauingenieurwesens. Man sollte unterscheiden zwischen dem mehr internationalen off-shore Bereich und damit Englisch als Arbeitssprache, und dem on-shore Bereich in dem Norwegisch als Arbeitssprache notwendig ist. Die unterschiedliche Planungsund Arbeitskultur erfordert Anpassung.

Florian Kosche – Dipl.-Ing. Geschäftsführer BollingerGrohmann + Florian Kosche AS

2. Findet sich in Norwegen, als einem ja ausgesprochen reichen Land, ein anderes Qualitätsverständnis? Ja und Nein, Qualität wird vielleicht weniger über Sachwerte definiert, aber mehr in Richtung Lebensqualitet gedeutet. Dazu gehören geregelte Arbeitszeiten, viel physische Aktivität, die Hütte am Wochenende und „ruhige Arbeitsabläufe“. 3. Was konnten Sie für Ihre Arbeit erst in Norwegen lernen? Viel. Wichtig sind: 1. Hierarchie ist wesentlich weniger ausgeprägt, wird nicht über Titel definiert und scheint weniger notwendig. 2. Mitarbeiter übernehmen alleine oder in der Gruppe mehr Risiko ohne Umwege über Vorgesetzte. Etwaige unerwünschte Folgen aus eingegangenen Risiken werden aber vom Unternehmen verantwortet. 3. Probleme lassen sich ohne Gesichtsverlust mit Einbeziehung aller Beteiligten lösen. 4. Bauingenieur, Architekt und Projektsteuerer – wie ist das Verhältnis zwischen den dreien? Ein wichtiger Unterschied ist die Dominanz großer multidisziplinärer Beratungsfirmen, die alle technischen Fächer abdecken. Projekte werden in der Regel von einem Projektsteuerer im Auftrage des Bauherren entwickelt. Dem Projektsteuerer sind Architekten und Ingenieure gleichgestellt unterge-

WISSENSWERTES ZUM ARBEITSMARKT FÜR BAUINGENIEURE IN NORWEGEN Für EU-Bürger gibt es keine wesentlichen bürokratischen Hindernisse in Bezug auf Arbeitserlaubnis und soziale Leistungen. Nähere Auskunft geben die Internetseiten www.norwegen.no und norwegen.ahk.de. Oft hilft der Arbeitgeber weiter. Die Anbindung an Zentraleuropa ist sehr gut mit Flugzeug und zum Teil Fähre.

Arbeiten in … Norwegen ordnet. Vielleicht ist der Anteil an Bauvorhaben mit Genralübernehmer höher. Auch hier sind Architekten und Ingenieure gleichgestellt untergeordnet. Das mehr geordnete Vorgehen in Leistungsphasen nach HOAI gibt es nicht und Planungsleistungen werden projektspezifisch vereinbart.

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5. Was würden Sie als Spezifika nennen, die im Ingenieurbau so nur in Norwegen anzutreffen sind? Wesentlich geselliger und mehr auf Zusammenarbeit eingestellt. Dies ist vorteilhaft bei der Bewältigung hochkomplexer Aufgaben im off-shore Bereich. In Fragen der Mentalität gibt es auf den ersten Blick keine großen Unterschiede, im Detail aber können sich schon ziemliche Unterschiede zeigen, die auch komplexe Situationen durchaus sehr erschweren können.

INTERESSANTE LINKS: www.difk.no www.bgki.no

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eine Ingenieurin/einen Ingenieur Für unsere Konstruktion in Bielefeld suchen wir einen qualifizierten (w/m)

(Fachhochschule Dipl.-Ing./Bachelor)

in der Abteilung III „Regionalplanung, Bauwesen, Wirtschaft, Verkehr“, im Dezernat III 33.3 „Luft- und Güterverkehr“ ein. Die Einstellung erfolgt als Beschäftigte/-r nach Entgeltgruppe 10 Tarifvertrag Hessen (TV-H). Das Regierungspräsidium hat als große Mittelbehörde der hessischen Landesverwaltung vielfältige Zuständigkeiten. Die Bereiche Regionalplanung, Bauwesen, Verkehr, Gewerbe und Wirtschaft gehören zu den Kernaufgaben des Regierungspräsidiums in seiner Funktion als Bündelungsbehörde. Hierzu gehört das Dezernat „Luft- und Güterverkehr“, in dem die Stelle zu besetzen ist.

Stahlbaukonstrukteur Maschinenbau

Aufgabenschwerpunkte: l Erstellung von Konstruktions- und Werkstattzeichnungen des Stahlhochbaus sowie statische Nachweise der Anschlüsse l Aufbereitung von Fertigungs- und Bestelldaten Voraussetzungen: l abgeschlossenes Ingenieurstudium bzw. Ausbildung als Techniker l idealerweise Berufserfahrung in der Stahlbaukonstruktion Bei GOLDBECK zu arbeiten macht Spaß! Weitere Infos und Bewerbung (Kennziffer 12-082) unter www.goldbeck.de/karriere

Das Aufgabengebiet umfasst im Bereich Luftverkehr die Prüfung von baulichen Schallschutzmaßnahmen nach §§ 5,9 Fluglärmgesetz und § 1 ff der Flugplatz-Schallschutzmaßnahmenverordnung. Hierzu gehören insbesondere die Prüfung der eingereichten Anträge nebst Unterlagen auf Vollständigkeit, die Objektbewertung anhand der vorgelegten Unterlagen, ob bauliche Schallschutzmaßnahmen notwendig sind, die Berechnung des erforderlichen Schalldämmmaßes und das Erstellen eines entsprechenden Maßnahmenkatalogs im Hinblick auf einen effektiven und angemessenen passiven Schallschutz. Für die Ermittlung der Bauausführungen und der verbauten Materialien ist im Einzelfall auch eine Bestandsaufnahme vor Ort vorzunehmen. Fachliche Anforderungen: Sie haben ein abgeschlossenes Fachhochschulstudium (Diplomingenieur/-in FH/Bachelor) in der Fachrichtung Bauingenieurwesen oder Architektur. Außerdem verfügen Sie über das entsprechende Fach- und Rechtswissen, welches Sie für die Bearbeitung der o. g. Aufgaben benötigen. Hierzu gehören neben Kenntnissen im Bereich der Lärmphysik auch gute Kenntnisse der Baustoffkunde und Bauakustik. Verwaltungsrechtliche Kenntnisse, die sichere Beherrschung der Standard-Software (MS Word, Excel, Outlook) sowie die Bereitschaft zur Einarbeitung in spezielle Fachanwendungen sind ebenso von Vorteil wie Berufserfahrung und eine abgeschlossene Ausbildung für den gehobenen technischen Verwaltungsdienst. Persönliche Anforderungen: 1!* 7:*7*> 9!.#*: 6>, 4*:@!>,W!.# B6(D I6,*? 9!>, 1!* G*S!@*WF *>79.#*!,6>%9(:*6,!% 6>, verantwortungsbewusst. Außerdem bringen Sie Engagement und Durchsetzungsvermögen sowie die Bereitschaft mit, sich in neue Aufgabenbereiche einzuarbeiten. Die Fähigkeit zu kooperativer Zusammenarbeit sowie Sicherheit und Präzision in der mündlichen und schriftlichen Darstellung ist für Sie selbstverständlich. Ihre uneingeschränkte Außendienst7B6%W!.#Y*!7 6>, ,*: 8*9!7P ,*: TB#:*:WB6@>!9 ,*: NWB99* 8 KNWB99* +H :6>,*> O#: 3:=JW B@D Die Behörde strebt eine Erhöhung des Frauenanteils in allen Bereichen und Positionen an, in denen Frauen unterrepräsentiert sind. Frauen sind daher besonders aufgefordert, sich zu bewerben. Familienfreundliche Arbeitszeitgestaltung und vielfältige Formen der Teilzeitbeschäftigung sind unter Berücksichtigung der dienstlichen Belange für uns selbstverständlich. Schwerbehinderte Bewerberinnen und Bewerber werden bei gleicher Eignung bevorzugt berücksichtigt. Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann senden Sie Ihre Bewerbung mit den üblichen Unterlagen (Anschreiben, Lebenslauf, Kopien von Schulabschlusszeugnis, Fachhochschulzeugnis und Arbeitszeugnissen) bis zum 29.06.2012 unter Angabe des Aktenzeichens I 12 – 16 – 5e 08/01 (1/E 569) an das

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Regierungspräsidium Darmstadt, Dezernat I 12 –16, Luisenplatz 2, 64283 Darmstadt oder per E-Mail (eine Datei in pdf-Format mit max. 4 MB) an jutta.jutzler@rpda.hessen.de. Bei fachlichen Fragen wenden Sie sich bitte an den Abteilungsleiter, Herrn Dr. Beck, Telefon: 06151/12-5500, E-Mail: helmuth.beck@rpda.hessen.de. O>(=:?B7!=>*> L@*: ,B9 2*%!*:6>%9<:[9!,!6? 5B:?97B,7 J>,*> 1!* B6( 6>9*:*: Q=?*<B%*X www.rp-darmstadt.hessen.de

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Diplomingenieur/in (TU/TH) Fachrichtung Bauingenieurwesen Zu den vielseitigen und interessanten Aufgaben gehören das Prüfen statischer Berechnungen und der zugehörigen Zeichnungen aus allen Bereichen des konstruktiven Ingenieurbaus sowie die stichprobenartige Überprüfung der Ausführung in konstruktiver Hinsicht. Wir erwarten von Ihnen ein abgeschlossenes Hochschulstudium sowie eine mehrjährige Erfahrung im Aufstellen und Prüfen statischer Berechnungen, aktuelle EDV-Kenntnisse und einen Pkw-Führerschein. Die Bezahlung erfolgt nach Entgeltgruppe 13 TVöD-V. Ihre aussagekräftige Bewerbung richten Sie bitte an das Haupt- und Personalamt der Stadt Friedrichshafen, Abteilung Personaldienste, Postfach 24 40, 88014 Friedrichshafen. Für Fragen steht Ihnen Frau Eisele vom Haupt- und Personalamt (Tel. 07541/203-1121) gerne zur Verfügung.

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Spezialgebiet Geotechnik · Top-Adresse im Technologie-Consulting Unser Auftraggeber ist Teil eines erfolgreichen Konzerns mit mehreren tausend Beschäftigten und gehört zu den weltweit führenden Anbietern von Ingenieur- und Prüfdienstleistungen für unterschiedlichste technologische Fachgebiete. Das Unternehmen erzielt mit ca. 600 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von über 100 Mio. Euro. Zu den langjährigen Kunden zählen namhafte Industrie- und Energieunternehmen, Bauunternehmen, Privatinvestoren sowie öffentliche Auftraggeber im In- und Ausland. Innerhalb des Geschäftsbereichs Geo-, Bau- und Umwelttechnik übernehmen Sie einen vielfältigen und verantwortungsvollen Aufgabenbereich. Sie leiten Projekte im Bereich Geotechnik, führen selbst anspruchsvolle geotechnische und statische Bemessungen durch und erstellen fachbezogene Gutachten. Hinzu kommen Ausschreibungen, Vergaben und Abrechnungen für Nachunternehmerleistungen – zum Beispiel für Gutachten. Darüber hinaus analysieren Sie den für Ihren Fachbereich relevanten Markt bzw. die in Planung befindlichen Projekte und bewerten die darin liegenden Potenziale und Marktchancen. Ihre NetzwerkerQualitäten bringen Sie beim Auf- und Ausbau von Kontakten zu Kunden, Planern, Ausführenden, Behörden und Kooperationspartnern ein.

Nach erfolgreichem Abschluss Ihres ingenieurwissenschaftlichen Studiums, idealerweise mit Schwerpunkt Geotechnik, sollten Sie sich bereits mehrere Jahre im Bauhauptgewerbe oder in einem Ingenieurbüro erfolgreich mit fachlich anspruchsvollen Problemstellungen befasst haben. Sie verfügen über sehr gute Fach- und Verfahrenskenntnisse im Spezialtief-, Tunnel- oder Ingenieurbau. Ihre konzeptionellen, organisatorischen und kommunikativen Fähigkeiten haben Sie unter anderem im Projektmanagement unter Beweis gestellt. Ausgeprägte Markt- und Kundenausrichtung sowie eine Portion Vertriebsorientierung runden Ihr Profil ab. Senden Sie bitte Ihre aussagefähige Bewerbung unter Angabe der Kennziffer KS286 FACHZ an SCHLAGHECK RADTKE OLDIGES executive consultants, Ernst-Schneider-Platz 1, 40212 Düsseldorf oder auch per E-Mail an: cvduesseldorf@sro-consultants.de. Für vertrauliche Voranfragen stehen Ihnen Melanie Gehrhardt und Klaus Schlagheck unter Telefon 0211 179212-0 gerne zur Verfügung. www.sro-consultants.de

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! Baustoffe erfüllen ihren Zweck, wenn sie richtig aus gewählt, hergestellt und verarbeitet sind. Dieses Buch behandelt die wichtigsten Werkstoffe des Konstruktiven Ingenieurbaus. Es führt zunächst grundlegend in das mechanische Werkstoffverhalten, die rheologischen Modelle, die Bruchmechanik und die Transportmechanismen poröser Stoffe ein. Systematisch werden dann die Baustoffe jeweils mit ihrer Zusammensetzung und ihrem mechanischem Verhalten als Funktion von Belastungsart und -geschwindigkeit, Temperatur und Feuchte beschrieben. Großer Wert wird dabei auf eine vergleichende Betrachtung gelegt. Somit schlägt das Buch die Brücke zwischen Grundlagenwissen und Baupraxis, über welche konstruktive Ingenieure gehen können, denn sie sind verantwortlich für die richtige und optimale Auswahl und Verarbeitung der Werkstoffe, manchmal auch für deren Herstellung HANS-WOLF REINHARDT (z. B. Beton). Eine gründliche Kenntnis des mechanischen, Ingenieurbaustoffe physikalischen und chemischen Verhaltens ist hierfür 2., überarbeitete Auﬂage, Voraussetzung. 2010. 3#4 Seiten, 3'% Abb., $# (!*)+ Gb. ! &9,–" ISBN 978-3-433-02920-6

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S"R7T8LK39 J23 I$MMPNK3RKNT85EMM79P3 Q$KIPN6P3 $KM QPL23 sium Sympo 74 @39P37PKN'* ($MMPN' K3R -7P:"$K

Nürnberg

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18.-19.10.2012 <28NJ2NLN7P" siu Sympo

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Wuppertal Bochum

14.-15.11.2012 @3ML$3R8$5LK39 J23 QPL23"$KLP75P3

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Mehr über unsere Veranstaltungen finden Sie unter: III% L$I%RP Sie können sich aber auch direkt an uns wenden. Wir freuen uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail. Ihr Ansprechpartner für Seminare: DN%'@39% ;LP:$3 >E85PN 0 202 74 95 - 207 stefan.maehler.@taw.de

Ihr Ansprechpartner für Symposien: D715% NPN% M2T% QPN38$NR ;L$N6 0 202 74 95 - 319 bernhard.stark@taw.de

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TAW Symposien + + + TAW Symposien + + + TAW Symposien + + + TAW Symposien + + + TAW Symposien

-2 13)DE@0:) #>@C40C4=>& 7E& #>=E& Leitung und Moderation Dipl.-Ing., Dipl.-Ing. (FH) Peter J. Gusia Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Bergisch Gladbach Termin 24. - 25. Oktober 2012

Mehr Information über diese Veranstaltung finden Sie auf unserer Hompage www.taw.de unter Kongresse / Fachtagungen Haben Sie noch Fragen? Dann freuen wir uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail. Ihr Ansprechpartner für TAW-Symposien ist:

Foto: Gusia

Ort Hotel Park Inn Bochum

Dipl. rer. soc. Bernhard Stark

0 202 74 95 - 319

bernhard.stark@taw.de

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Impressum Die Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau“ veröffentlicht Beiträge über Forschungsvorhaben und -ergebnisse sowie über Entwurf, Berechnung, Bemessung und Ausführung von Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen im gesamten Bauwesen. Mit der Annahme eines Manuskripts erwirbt der Verlag Ernst & Sohn das ausschließliche Verlagsrecht. Grundsätzlich werden nur Arbeiten zur Veröffentlichung angenommen, deren Inhalt weder im In- noch im Ausland zuvor erschienen ist. Das Veröffentlichungsrecht für die zur Verfügung gestellten Bilder und Zeichnungen ist vom Verfasser einzuholen. Der Verfasser verpflichtet sich, seinen Aufsatz nicht ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages Ernst & Sohn nachdrucken zu lassen. Für das Verhältnis zwischen Verfasser und Redaktion oder Verlag und für die Abfassung von Aufsätzen sind die „Hinweise für Autoren“ maßgebend. Diese können beim Verlag angefordert oder im Internet unter www.ernstund-sohn.de/zeitschriften abgerufen werden. Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form reproduziert werden. Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind. Manuskripte sind an die Redaktion zu senden. Auf Wunsch können von einzelnen Beiträgen Sonderdrucke hergestellt werden. Anfragen sind an den Verlag zu richten. Aktuelle Bezugspreise Die Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau“ erscheint mit 12 Ausgaben pro Jahr. Neben „Beton- und Stahlbetonbau print“ steht „Beton- und Stahlbetonbau online“ im PDF-Format über den OnlineDienst Wiley OnlineLibrary im Abonnement zur Verfügung. Bezugspreise

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Studentenpreise gegen Vorlage der Studienbescheinigung. Preise excl. MwSt. und inkl. Versand. Die Preise sind gültig vom 1. September 2011 bis 31. August 2012. Irrtum und Änderungen vorbehalten. Persönliche Abonnements dürfen nicht an Bibliotheken verkauft oder als Bibliotheks-Exemplare benutzt werden. Das Abonnement gilt zunächst für ein Jahr. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. Ohne schriftliche Mitteilung verlängert sich das Abonnement um ein weiteres Jahr. Im Testabonnement werden drei Hefte zum Preis für zwei geliefert. Ohne schriftliche Mitteilung innerhalb 10 Tage nach Erhalt des dritten Heftes wird das Abonnement um ein Jahr verlängert. Nach Verlängerung kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugsjahres schriftlich gekündigt werden. Ohne schriftliche Mitteilung verlängert sich das Abonnement um ein weiteres Jahr. Bankverbindung: Dresdner Bank Weinheim Kto 7511188 00 BLZ 670 800 50 SWIFT: DRESDEFF670 Periodical postage paid at Jamaica NY 11431. Air freight and mailing in the USA by Publications Expediting Services Inc., 200 Meacham Ave., Elmont NY 11003. USA POSTMASTER: Send address changes to Beton- und Stahlbetonbau, c/o Wiley-VCH, 111 River Street, Hoboken, NJ 07030.

Redaktion: Prof. Dipl.-Ing. DDr. Konrad Bergmeister Dipl.-Ing. Kerstin Glück Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Peter-Jordan-Straße 82, A-1190 Wien Tel.: 00 43-1/476 54-52 53, Fax: 00 43-1/476 54-52 92 E-Mail: bust@iki.boku.ac.at Wissenschaftlicher Beirat: Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach TU Dresden, Institut für Massivbau 01062 Dresden Tel.: 0351/46 3376 60, Fax: 0351/46 3372 89 E-Mail: manfred.curbach@tu-dresden.de Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Oliver Fischer TU München, Lehrstuhl für Massivbau 80290 München Tel.: 0 89/28 92 30 38, Fax: 0 89/28 92 30 46 E-Mail: oliver.fischer@tum.de Dr.-Ing. Lars Meyer Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Postfach 110512 Kurfürstenstraße 129, D-10835 Berlin Tel.: 0 30/23 60 96-0, Fax: 0 30/23 60 96-23 E-Mail: meyer@betonverein.de Dr.-Ing. Karl Morgen WTM ENGINEERS GmbH Beratende Ingenieure im Bauwesen Ballindamm 17, D-20095 Hamburg Tel.: 0 40/350 09-0, Fax: 0 40/350 09-100 E-Mail: info@wtm-hh.de Verantwortlich für Produkte & Objekte: Dr. Burkhard Talebitari Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel.: 0 30/470 31-273, Fax: 0 30/470 31-2 29 E-Mail: btalebitar@wiley.com Gesamtanzeigenleitung Verlag Ernst & Sohn: Fred Doischer Tel.: 0 30/470 31-2 34 Anzeigenleitung: Annekatrin Gottschalk Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel.: 0 30/470 31-2 49, Fax: 0 30/470 31-2 30 E-Mail: annekatrin.gottschalk@wiley.com Kunden-/Leserservice: WILEY-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstraße 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)800 1800 536 (innerhalb Deutschlands) Tel.: +44 (0)1865476721 (außerhalb Deutschlands) Fax: +49 (0)6201 606184 cs.germany@wiley.com Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Satz: TypoDesign Hecker GmbH, Leimen Druck: ColorDruck GmbH, Leimen Gedruckt auf säurefreiem Papier. © 2012 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin.

Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilagen: DBV Call for Papers Deutscher Bautechnik-Tag 2013; Technische Akademie Wuppertal e.V., 42117 Wuppertal; BZB Bildungszentren des Baugewerbes e.V., 47809 Krefeld

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 6

Rubriken Vorschau

Themen TermineHeft 7/2012 A. Taffe, S. Feistkorn, N. Diersch Erzielbare Detektionstiefen metallischer Reflektoren mit dem Impulsradarverfahren an Beton Mögliche Nutzer des Impulsradarverfahrens sind daran interessiert, in einer ersten Abschätzung herauszufinden, ob Impulsradar bei ihrer Prüfaufgabe sinnvoll eingesetzt werden kann. Im Beitrag werden Untersuchungen beschrieben, bei denen die erzielbare Detektionstiefe von Bewehrungsstäben in Betonbauteilen visuell quantifiziert wurde. Am Ende stehen Kurven, aus denen die realistisch erzielbaren Detektionstiefen von Bewehrungsstäben in Beton in Abhängigkeit von Betonalter, Antennenmittenfrequenz und Betonsorte abgelesen werden können. Der Einfluss der oberflächennahen Bewehrung und des Größtkorns sind mithilfe der POD(a)Analyse ausgewertet und dargestellt. S. Urban, A. Strauss, R. Wagner, M. Reiterer, Chr. Dehlinger Experimentelle Untersuchung von ermüdungsbeanspruchten Betonstrukturen zur Feststellung des realen Schädigungsgrades Bei Fundamenten für Windenergieanlagen im Bereich On- und Offshore stellt die Materialermüdung eine besondere

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Herausforderung dar. Da eine Spannungsumlagerung innerhalb des Querschnitts beim Nachweis nicht berücksichtigt wird, wird die zu bemessende Betonstruktur sehr konservativ ausgelegt. Ein Ziel der Forschungen ist die Entwicklung eines Monitoringsystems, mit welchem der wirklich vorhandene Schädigungsgrad einer Betonstruktur abgelesen werden kann. Das StrabagTestfundament in Cuxhaven stellt eine optimale Möglichkeit dar, dieses Monitoringsystem an einer Betonstruktur mit realen Dimensionen zu testen. Es werden die Konzeption der Versuchsdurchführung, die geplante dynamische Erregung des Testfundamentes und erste Ergebnisse der nichtlinearen Modellbildung vorgestellt. P. Huber, A. Schweighofer, J. Kollegger, H. Brunner, W. Karigl Vergleich der rechnerischen Querkrafttragfähigkeit von Bestandsbrücken nach EC2 und fib Model Code 2010 Im Zuge der Überarbeitung der österreichischen Nachrechnungsrichtlinie ONR 24008 „Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Eisenbahn- und Straßenbrücken“ wurden Vergleichsberechnungen bezüglich der rechnerischen

Querkrafttragfähigkeit von Bestandsbrücken nach Eurocode 2 und fib Model Code 2010 durchgeführt. Der Beitrag fasst die wesentlichen Ergebnisse aus dem Vergleich zusammen und erläutert die Besonderheiten der Berechnung der rechnerischen Querkrafttragfähigkeit gemäß fib Model Code 2010. K. Pistol, F. Weise, B. Meng Polypropylen-Fasern in Hochleistungsbetonen – Wirkungsmechanismen im Brandfall Der Beitrag fasst bisherige Theorien zur Wirkungsweise von Polypropylen-Fasern in brandbeanspruchten Hochleistungsbetonen zusammen und stellt eine innovative Methodologie zur Erforschung der mikrostrukturellen Prozesse vor. Die Ergebnisse zeigen, dass die nach dem Schmelzen und Zersetzen der Polypropylen-Fasern frei werdenden Mikrokanäle durch eine gleichzeitig einsetzende Mikrorissbildung netzartig verbunden werden. Die Mikrorissbildung ermöglicht somit den Abbau von Eigenund Zwangsspannungen im Beton und die Entstehung eines Transportwegesystems für den ausströmenden Wasserdampf. (Änderungen vorbehalten)

Ja, wir möchten Beton- und Stahlbetonbau regelmäßig lesen. 3 Ausgaben und dann entscheiden. Bitte liefern Sie ab nächster Ausgabe drei Ausgaben Beton- und Stahlbetonbau zum Test für einmalig b 72 / sFr 115. Sollten Sie innerhalb von 10 Tagen nach Erhalt des dritten Heftes nichts von uns hören, bitten wir um Fortsetzung der Belieferung für ein weiteres Jahr / zwölf Ausgaben. Nach Fortsetzung der Belieferung kann diese jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugszeitraumes gestoppt werden. Bitte senden Sie eine Rechnung. Sonderpreis drei Ausgaben für Studenten einmalig b 24 / sFr 38 gegen Vorlage der Studienbescheinigung.

12 Ausgaben / Jahr Bitte liefern Sie ab nächster Ausgabe Beton- und Stahlbetonbau zunächst für ein Jahr, zwölf Ausgaben, für b 434 / sFr 714. Die Belieferung kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugszeitraumes schriftlich gestoppt werden. Sollten wir keinen Lieferstopp senden, bitten wir um Fortführung der Belieferung für ein weiteres Jahr. Bitte senden Sie eine Rechnung. Sonderpreis für Studenten b 129 / sFr 214 gegen Vorlage der Studienbescheinigung.

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…und aktuell an anderer Stelle Heft 3/2012 Energieoptimierte Beleuchtung bei gleichzeitiger Verbesserung der Lebensqualität durch Nutzung von Tageslicht und neuer Lampen- und Vorschalttechnik

Gebäudeaerodynamische Untersuchungen einer PlusenergieProduktionsstätte mit passiven Lüftungstürmen in Sikonda (Südungarn)

Untersuchungen zur Wasseraufnahme von Vollholz und Holzwerkstoffen

Bauphysikalische Kennwerte für Balkonplattenanschlüsse

Heft 7/2012 Aktueller Planungsstand der festen Querung Fehmarnbelt – ein 18 km langer Unterwassertunnel

Einsatz von technischen Textilien für den mobilen Hochwasserschutz

Hauptbahnhof Stuttgart 21

Tragwerksentwurf, Konstruktion und statische Berechnung des „Echolotes“

Neubau der Kanalüberführung Elbeu in der Osthaltung des Mittellandkanals bei Magdeburg

Aus der Frühzeit des Betonbaus

Heft 3/2012 Innerstädtischer Tunnelbau – Schwerpunkt Italien U-Bahnlinie 5 in Mailand – Planung und Ausführung eines Tunnels oberhalb einer Eisenbahnverbindung Charakterisierung des Turiner Baugrunds durch eine Kombination von Baugrunduntersuchungen und numerischen Modellen Eisenbahnverknüpfung Turin – Seismische Messungen zur Nachweisprüfung von Düsenstrahlkörpern

Süderweiterung der U-Bahnlinie 1 in Turin – Modelle und Setzungsmessungen während des Vortriebs Bahnhof Bologna – Schlitzwände und Bodenverbesserungsverfahren Beurteilung der Einwirkungen auf historische Bauwerke infolge Tunnelbaus am Beispiel einer neuen U-Bahnlinie in Rom U-Bahnlinie 1 in Neapel – Planungsaufgaben und zugehörige geotechnische Untersuchungen

Heft 3/2012 Aktivitäten zur zukünftigen Bemessung von Mauerwerksbauten – Was bewegt die Mauerwerksindustrie?

EC 6 – Ausführung von Mauerwerk nach Teil 2 und 1 – was ändert sich?

Eurocode 6 Teil 3 – Grundlagen und Anwendungsbedingungen des vereinfachten Berechnungsverfahrens

Anwendung der Regeln zum Überbindemaß in der Baupraxis

Eurocode 6 Teil 3 – Anwendung des vereinfachten Berechnungsverfahrens

Dokumentation von Produkten und Systemen in der Mauerwerksbau-Praxis

Hintergrund für die vereinfachten Regeln bei Mauerwerksgebäuden im Erdbebenfall

Heft 7/2012 Erneuerung Rheinvorlandbrücke Worms – Brückenkonstruktion und Zusammenwirken mit dem Eisenbahnoberbau (Teil 1) Nachweis der Ermüdungssicherheit von Brücken basierend auf Tragwerksmessungen und Monitoring-Daten – Teil 1: Veranlassung, Ziel und Messkonzept des BrückenMonitoring-Projekts „Bahnbrücke Eglisau“

Bewertung historischer Brückenlager – Das Kontaktproblem – Teil 2 Sanierung der Bahnsteighalle des Wiesbadener Hauptbahnhofes Alpha_Cr – Ein Programm zur numerischen Berechnung von Stabilitätsfällen in Anlehnung an den Eurocode 3 DIN 18008 – Erfassung von Nutzlasten und Ausfallszenarien

(Änderungen vorbehalten)

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