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Beton- und Stahlbetonbau

- Automatisierte zerstörungsfreie Prüftechnik - AKR-induzierte Schädigungsprozesse - Schädigungsprozesse durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel - Monitoring- und Einflusslinienkonzepte an einer Integralen Brücke - Einfluss der Belastungsfrequenz auf die Ermüdungsfestigkeit - Das ZVE am Fraunhofer-Institut in Stuttgart


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…und aktuell an anderer Stelle Heft 6/2012 Trittschallschutz in Sonderfällen, Teil 2: Sanierung von Treppen, Trittschallschutz von Balkonen und von Standard-Doppel- und Hohlböden Erhöhter Schallschutz – Zur Neufassung von VDI 4100, Ausgabe 2012 Schallschutz im Geschosswohnungsbau – mehr Planungssicherheit durch neue Prognoseinstrumente

Zur Anwendung reaktiver Brandschutzsysteme auf Stahlzuggliedern Klimaentlastung durch Massivholzbauarten. Möglichkeiten der Berücksichtigung der CO2-Senkenleistung von Außenbauteilen aus Massivholz im Rahmen der gesetzlichen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden, Teil 2

Vergleichsrechnung für Bedarfsenergieausweise für ein Krankenhaus in Deutschland und Österreich

Heft 1/2013 Holzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton – Teil 1: Konzept und experimentelle Untersuchungen

Quasi-statischer Ansatz der seismischen Anregung von Böschungen mit nicht-linearer Wellenausbreitung

Zum Tragverhalten spezieller Verbundelemente für HolzBeton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung

Praktische Anwendung vorgefertigter Holzfassadenelemente in der energetischen Modernisierung Formholzrohre – Stand der Technik und Anwendungen

Bauzustandsanalyse und Instandsetzung von Nagelbindern Entwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den Ingenieurholzbau

Heft 6/2012 Geologische und logistische Herausforderungen beim TMB-Vortrieb des Pinglu Tunnels in China

Stellungnahme zum Vergabemodell für Infrastrukturprojekte (VIP) aus Sicht des Auftragnehmers

Bahnprojekt Stuttgart 21 – eine Herausforderung

VIP – Vergabemodell für Infrastrukturprojekte

Erfahrungen in Skandinavien am Beispiel des Södermalmstunnels

Das neue Vergabemodell für Infrastrukturprojekte (VIP) aus der Sicht des Planer

Tunnelprojekte brauchen Kooperation

Herausforderung aktueller Großbaustellen

Tunnelbau auf der Bahnstrecke VDE 8.1 Ebensfeld-Erfurt am Beispiel Tunnel Eierberge

Das Vergabemodell für Infrastrukturprojekte aus Sicht des Auftraggebers ASFINAG

Anreiz für Projektoptimierung

Heft 6/2012 Die Schlingrippen des Gewölbes der Erasmuskapelle im Berliner Schloss – Konzept einer möglichen Rekonstruktion

Vorschlag für ein neues Verfahren zur Prüfung der Druckfestigkeit von bestehendem Mauerwerk

Zweischalige Außenwände: Kommentar zur DIN 18195 Beiblatt 1

Charakterisierung und Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk – Mechanical characterization and modelling of earth block masonry

Heft 1/2013 Einfluss von Nutzeranforderungen auf die ökonomische Bewertung von Stahl als Konstruktionswerkstoff für nachhaltige Bürogebäude Nachhaltigkeitsbewertung stählerner Tragkonstruktionen Erneuerbarer Energien Methodenentwicklung und Anwendungsbeispiele Mehrdimensional energieoptimierte Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise für den Industrie- und Gewerbebau

Entwicklung einer integrierten Verbunddecke für nachhaltige Stahlbauten Instandhaltungsstrategien als Basis für die ganzheitliche Bewertung von Stahl- und Verbundbrücken nach Kriterien der Nachhaltigkeit Potenziale und Chancen der Stahl-/Stahlleichtbauweise beim Bauen im Bestand

(Änderungen vorbehalten)


Beton- und Inhalt Stahlbetonbau 12/12 Zum Titelbild Ab Juni 2014 wird die Animation Realität: Mit dem neuen Tiefbahnhof Löwenstrasse wird die Kapazität des Züricher Hauptbahnhofes weiter steigen. Der Bahnhof Löwenstrasse ist Herzstück des rund 2 Milliarden Franken teuren Projektes „Durchmesserlinie“ der Schweizer SBB. Um künftige Wartungsarbeiten an Bahnsteigen und Anlagen gefahrlos möglich zu machen, mussten eine Vielzahl sicherer Zuwegungen für das Personal geschaffen werden. Bei der Befestigung dieser Konstruktionen entschieden sich die Planer für JORDAHL® Ankerschienen. (Foto: SBB CFF FFS, siehe Bericht Seite A13–A14)

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Claus Flohrer Editorial: Mit Wartung und Inspektion Dauerhaftigkeit und Nutzung sicherstellen FACHTHEMEN

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Dieter R. Hussing, Jochen H. Kurz, Markus Stoppel Automatisierte zerstörungsfreie Prüftechnik für großflächige Stahlbetontragwerke Ein Anwendungsbeispiel Frank Weise, Katja Voland, Stephan Pirskawetz, Dietmar Meinel Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton Einsatz innovativer Prüftechniken Frank Weise, Bärbel Maier, Karsten Ehrig Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton Einsatz innovativer Prüftechniken

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Alexander Krawtschuk, Alfred Strauss, Katharina Haider, Thomas Zimmermann, Konrad Bergmeister Ermittlung von Modellunsicherheiten bei Stahlbetonstrukturen Innovative Monitoring- und Einflusslinienkonzepte am Fallbeispiel einer Integralen Brückenstruktur

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Sebastian Schneider, Daniela Vöcker, Steffen Marx Zum Einfluss der Belastungfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die Ermüdungsfestigkeit von Beton BERICHT

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855 863 107. Jahrgang Dezember 2012, Heft 12 ISSN 0005-9900 (print) ISSN 1437-1006 (online) Peer-reviewed journal Beton- und Stahlbetonbau ist ab dem Jahrgang 2007 bei Thomson Reuters ISI Web of Science akkreditiert. Impact Factor 2011: 0,456

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für das Beton- und Stahlbetonbau Online-Abonnement

Ben van Berkel, Frank Steller Zentrum für virtuelles Engineering ZVE am Fraunhofer-Institut in Stuttgart-Vaihingen Leichte Stahlbetontragwerke mit großen Spannweiten BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell VERANSTALTUNGSKALENDER Produkte & Projekte

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BAU 2013 Erhaltung – Verstärkung – Instandsetzung – Korrosionsschutz von Beton- und Stahlbetonbauwerken Messtechnik im Bauwesen Aktuell


BAU 2013

(Abb.: OfficeWare)

Der Überblick über die Projekte

Zum Bild: Viele Leistungsbilder sind in OfficeWare Easy bereits integriert: Flächennutzungsplan, Bebauungsplan, Landschaftsplan, Grünordnungsplan, Landschaftsrahmenplan, Gebäude und raumbildende Ausbauten, Freianlagen, Ingenieurbauwerke, Verkehrsanlagen, Tragwerksplanung, Technische Ausrüstung. Die integrierten Strukturen können nach eigenen Bedürfnissen angepasst bzw. eigene definiert werden.

E-Mails Wenn E-Mails automatisiert dem Projekt zugeordnet werden, die Plananhänge der E-Mails automatisch in alle Planlisten (z. B. für den Versand- und Empfangsnachweis) eingetragen werden, so ist der erste Schritt für die automatisierte ProjektDokumentation getan.

Plan- und Dokumentenverwaltung Alles was zusammengehört, wird auch zusammen abgelegt. Da auch die E-Mails automatisch in der Dokumentenverwaltung abgelegt werden, kann am Dokument (z. B. Brief oder Plan) auch direkt die E-Mail aufgerufen werden, mit der das Dokument verschickt bzw. eingegangen ist.

Projektsteuerung ganz anders Projektsteuerung wird fälschlicherweise meist mit einer Aufgabensteuerung wie mit MS-Project bzw. Power-Project assoziiert. Im Grunde hat die EDV-gestützte Projektsteuerung im Ingenieurbüro recht wenig mit solchen Programmen zu tun. Erstens soll die Projektsteuerung Arbeit sparen und nicht noch mehr Arbeit verursachen und zweitens geht es nicht so sehr um die Aufgabenorganisation, sondern um die automatisierte Unterstüt-

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zung im Tagesgeschäft. So wird Zeit gespart, alles dokumentiert und es wird automatisch die optimale Übersicht erzeugt. Dies betrifft z. B. auch Gesprächsnotizen, die gerade bei einem Rechtsstreit hohe Bedeutung haben können.

Controlling Projekt-Controlling kann und muss mehr sein, als eine Nachkalkulation. So ist das „Controlling“ (Zeit- und Kostenerfassung, Auswertungen) in die Projektsteuerung und Dokumenten-Management integriert.

Wissensmanagement Man muss sich nur überlegen, wie viel an Wissen alleine innerhalb eines Ingenieurbüros brach liegt und wie viel Zeit für die Suche und Zusammenstellung von Unterlagen benötigt wird. Allein durch diese Fragen wird die Bedeutung des Wissensmanagement klar. Weitere Informationen: OfficeWare Information Systems GmbH, Gaimersheimer Straße 38, 85057 Ingolstadt, Tel. (08 41) 88 67-1 00, Fax (08 41) 88 67-1 11, Contact@OfficeWare.de, www.OfficeWare.de


BAU 2013 Einen weiteren Schwerpunkt bildet das sogenannte Cloud-Computing, bei dem sich die Daten nicht mehr auf lokalen Rechnern befinden, sondern in ausgelagerten Systemen; der Zugriff erfolgt über ein Netzwerk.

Bauchemie

BAU 2013 – Materialien, Technologien, Systeme 180.000 m² Materialien, Technologien, Systeme. 25 Fußballfelder State of the Art Technologie der internationalen Bauwirtschaft – das ist die BAU 2013. Die Weltleitmesse für Architektur, Materialien, Systeme – 14. Bis 19. Januar 2013 auf dem Gelände der Neuen Messe München – erwartet dieses Mal rund 2.000 Aussteller aus über 40 Ländern sowie etwa 240.000 Besucher aus aller Welt. Mit rund 50.000 Planern ist die BAU zugleich die weltgrößte Fachmesse für Ingenieure und Architekten. Das Angebot ist nach Baustoffen sowie nach Produkt- und Themenbereichen gegliedert. Zukunftsweisende Themen wie nachhaltiges und generationengerechtes Bauen spielen quer durch alle Ausstellungsbereiche eine wichtige Rolle. Die zahlreichen attraktiven Veranstaltungen des Rahmenprogramms, darunter hochkarätige Foren mit Experten aus aller Welt, runden das Messeangebot ab.

Steine/Erden Dieser Ausstellungsbereich (Hallen A1/A2) reicht von Kalksandstein oder Bims- und Faserzementbaustoffen bis hin zu Fassadensystemen und Trockenbau. Im Mittelpunkt wiederum: Beton. „Das Bauen mit Sichtbeton ist vielfältiger denn je“, erklärt Thomas Kaczmarek, Geschäftsführer von BetonMarketing Deutschland. Er hebt dabei auf die Zugabe von Pigmenten für vielfältige Farbvarianten ebenso ab, wie auf die Auswahl des Zements: Ein Weißzement sorgt für sehr helle, ein Portlandzement für dunkle Oberflächen. Die nachträgliche Bearbeitung der fertigen Betonoberfläche bietet weitere Gestaltungsmöglichkeiten, vom Auswaschen der obersten Feinmörtelschicht über das Sandstrahlen oder Flammstrahlen bis zum manuellen oder maschinellen Nachbearbeiten der Betonoberfläche. Weiteres wichtiges Thema – auch im Kontext des nachhaltigen Bauens: Betonkernaktivierung. Sein Wärmespeichervermögen prädestiniert den Beton für den Einsatz zur energieeffizienten Klimatisierung von Gebäuden. Zu jedem der Schwerpunkte können die Fachbesucher anschauliche Exponate und Produktmuster erwarten.

Vom Bodenbelag bis zum Fassadensystem: Die Bauchemie ermöglicht erst die Entwicklung und Verwendung heutiger Materialien und hat deshalb auf der BAU – diesmal in den Hallen A4/A5 – eine lange Tradition. „Themen wie Nachhaltigkeit und Ressourcenschutz werden die aktuellen Ausstellungstrends prägen“, prognostiziert Norbert Schröter, Hauptgeschäftsführer Deutsche Bauchemie e.V. Dazu gehören z. B. widerstandsfähige Reparaturmörtel, die auch bei Tieftemperaturen die dauerhafte Instandsetzung von Betonflächen ermöglichen, oder schnell abbindende Sicherheits-Dichtschlämme, die für die rissüberbrückende Abdichtung von Keramikbelägen in Duschen und Schwimmbecken oder bei Fundamenten sorgen. Neben Oberflächenbehandlungen wie Putze, Lacke und Farben werden auch zahlreiche Isolier- und Dämmstoffe für den Wärme-, Kälte, Brand- und Schallschutz präsentiert.

Stahl/Edelstahl/Zink/Kupfer Der Baustoff Stahl ist für modernes, nachhaltiges Bauen unverzichtbar; Halle B2 präsentiert hierzu die neuesten Entwicklungen. Immer wichtiger für die Ressourceneffizienz sind hochfeste Stähle, insbesondere im Bereich des Hochhaus- und Brückenbaus. Zahlreiche Aussteller informieren über Produktentwicklungen und Anwendungen in den Bereichen Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Stahlkonstruktionen sichern Bauwerken eine lange Lebensdauer, weil sie sich dank ihrer Flexibilität und Leichtigkeit wechselnden Nutzeranforderungen anpassen. Zu den Messeschwerpunkten zählt deshalb auch das Bauen im Bestand. Neben Profilen und Bausystemen aus Stahl und Edelstahl werden auf der Messe auch Oberflächen und Systeme aus Zink und Kupfer vorgestellt. Das bauforumstahl, Edelstahl Rostfrei und das Stahl-Informations-Zentrum sind jeweils mit Gemeinschaftsständen vertreten. Die Sonderschauen der BAU 2013: – Morgenstadt – Intelligentes Bauen für die Stadt der Zukunft – Nachhaltige Bauprodukte – Mehr Transparenz für eine gute Entscheidung. – Universal Design – Generationengerecht Bauen – wirtschaftlich, flexibel, barrierefrei

BAU IT (Halle C3) Halle C 3 gehört mit der BAU IT einer Art Messe in der Messe. Für Bausoftware ist die in Kooperation mit dem Bundeverband Bausoftware (www.bvbs.de) präsentierte BAU IT der Branchentreffpunkt schlechthin. Der Trend geht dabei klar zur Optimierung der BIM-Software (Building Information Modeling): Alle Daten eines Gebäudes werden digital erfasst und vernetzt – wird ein Parameter in der zentralen Datei verändert, werden die übrigen Werte automatisch angepasst und sind sofort für alle Beteiligten abrufbar. Ausgehend davon wird der Bereich „open BIM“ ausgebaut.

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Hinzu kommt eine Vielzahl von Foren, etwa zur „Zukunft des Bauens“, zu „Energie 2.0“ oder zu „The Next Big Thing“, das der Frage nachgeht, was in den nächsten Jahren das wirklich neue große Ding in Tragwerksplanung, Architektur, Lichtplanung, Design und Werkstoffkunde sein wird. Weitere Informationen: Messe München GmbH, Messegelände, 81823 München, Tel. (0 89) 9 49-2 07 20, Fax (0 89) 9 49-97-2 07 29, newsline@messe-muenchen.de, www.bau-muenchen.com


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BAU 2013

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Fassade nach Renovierung

Konstruktiver Fertigteilbau und Laserscanning verkürzen Bauzeit Bauen innerhalb bestehender Stadtstrukturen stellt eine besondere Integrationsaufgabe dar. Ein in mehr als einer Hinsicht herausragendes Beispiel dafür ist das Einkaufszentrum am Lindenauer Markt in Leipzig. Hier wurden denkmalgeschützte Fassaden der ehemaligen Bebauung im Karree erhalten und architektonisch gelungen mit einem neuen Korpus unterschiedlich eingefärbter Fassaden aus konstruktiven Fertigteilen verbunden. Darüber hinaus demonstriert das vor kurzem abgeschlossene Projekt, wie moderne geodätische Messverfahren den Bauprozess effizienter machen.

noch an den ehemaligen Charakter des Areals. Diese aneinandergereihten straßenseitigen Fassaden waren gemäß den Auflagen der Stadt Leipzig in den Neubau des Einkaufszentrums zu integrieren. Während der Bauphase hielten deshalb massive Fassadengerüste aus Stahl die Außenwände der alten Bestandsbebauung aufrecht. Um den Arbeitsraum im Gebäudeinneren für den Neubau freizuhalten, mussten die rund 20 m hohen Stahlabstützungen auf einer Länge von 55 m auf der außerhalb des Gebäudes im öffentlichen Straßenraum und unmittelbar neben der vorbeiführenden Straßenbahntrasse errichtet werden.

Das Einkaufszentrum am Lindenauer Markt hat Modellcharakter: Es folgt der Entwicklung, den Handel wieder näher an den Menschen zu bringen. Der Markt liegt in bester Stadtteillage und ist auch zu Fuß gut zu erreichen. Zusätzlich bietet der Neubau auf seinem Dach 230 Parkplätze mit direktem Zugang zu den Verkaufsräumen. Durch die Kombination der geschützten Fassade mit den neuen Elementen aus eingefärbten Fertigteilen ist das neue Einkaufszentrum nicht nur aus ingenieurtechnischer Sicht eine kostbare Bereicherung des Stadtbildes.

Während der Abbruch des angrenzenden Baukörpers fortschritt, musste die zu erhaltende Fassade kontinuierlich an das temporäre Sicherungsgerüst aus zahlreichen stählernen Aussteifungsböcken und -rahmen sowie Gurtträgern angeschlossen werden. Dabei war es besonders wichtig, die alten Konturen des Gebäudes mit seiner Vielzahl von Schmuckelementen und Fassadenvorsprüngen aus Erkern und Gesimsen im Vorfeld genau zu erfassen: Nur so ließen sich Kollisionspunkte bei der Montage des stählernen Raumfachwerkes für die Fassadensicherung zielsicher ausschließen.

Sicherung der denkmalgeschützten Fassaden

Kollisionsprüfung durch Terrestrisches Laserscanning (TLS)

Das Quartier liegt unmittelbar im Zentrum des Leipziger Stadtteils Lindenau und war einst gründerzeitlich bebaut. Große Teile der Quartierrandbebauung waren jedoch seit Langem nicht mehr vorhanden. Lediglich drei Gebäude an der Westflanke des Baugebietes erinnerten mit ihren denkmalgeschützten Fassaden

Im Lichtenauer Projekt übernahm das Lehrgebiet Vermessungskunde der Fakultät Bauingenieurwesen an der Hochschule Regensburg diese Aufgabe. Mit Hilfe des Terrestrischen Laserscannings (TLS) führte es im Rahmen der Qualitätssicherung im Vorfeld die Kollisionsprüfung im Fassadenbereich durch. Dazu

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BAU 2013

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Ausgangssituation vor Daten-Verheiratung

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Fassade mit Stützkonstruktion

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„Verheiratung“ 3D-Stützkonstruktion mit Punktewolke aus TLS

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Punktewolke mit Kollisionsprüfung aus dem TLS

erfasste es die denkmalgeschützte Fassade von sechs Standpunkten aus mit dem Laserscanner HDS 6100 von Leica. Die gewonnenen Daten wurden mit der 3D-Stahlbauplanung des Raumfachwerkes „verheiratet“ und deckten so mehrere Kollisionspunkte zwischen Fassade und Stahlbau frühzeitig auf. Dies ermöglichte es, die Probleme noch vor Montage des stützenden Fachwerkes zu korrigieren – ohne negative Folgen für Bauablauf und Fassade.

Hochpräzise – vielseitig nutzbar: TLS als geodätische Messtechnik Terrestrisches Laserscanning (TLS) hat sich in den vergangenen Jahren als eine weitere geodätische Messtechnik im Bauprozess etabliert und ergänzt traditionelle Messtechniken wie Nivellement, Tachymetrie und Satellitengeodäsie. Es eignet sich besonders zur berührungslosen Erfassung großflächiger und detailreicher Objekte und zeichnet sich durch kurze Aufnahmezeiten aus. Aus den polaren Messdaten lassen sich 3-D-Koordinaten einschließlich eines zugehörigen Intensitätswertes ableiten, die man als Punktwolken bezeichnet. Als modularer Prozess umfasst Laserscanning über die messtechnische Aufnahme von Objekten hinaus die weitere Verarbeitung dieser Punktwolken mit entsprechender Auswertungssoftware. Die Aufnahme ausgedehnter Objekte erfolgt von mehreren Standpunkten aus. Für die spätere Verknüpfung (Registrierung) der einzelnen Scans sind Verknüpfungspunkte erforderlich. Die

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Verknüpfungspunkte können sowohl (signalisierte) Passpunkte, sogenannte Targets, als auch „natürliche“ Punkte sein. Nach der Registrierung liegen sämtliche Punktwolken georeferenziert in einem gemeinsamen örtlichen oder übergeordneten Bezugssystem vor. Darauf aufbauend lassen sich dann weitere Informationen – Längs- und Querschnitte, 3-D-Modellierung etc. – ableiten. Mit Terrestrischem Laserscanning lassen sich Genauigkeiten im Millimeterbereich erzielen, wenn Ausgangsbedingungen wie Aufnahmeentfernung, Auftreffwinkel oder Einsehbarkeit eingehalten werden. Damit ist TLS in der Ingenieurvermessung vielfältig einsetzbar. Über die Software Leica Cyclone PUBLISHER lassen sich die entstandenen Punktwolken zur gemeinsamen Nutzung und Kommunikation zwischen Planern und Ausführenden im Internet publizieren: Die Leica-TruView-Software zeigt Online-Nutzern in einer Panorama-Ansicht die Punktwolke vom Standpunkt des Scanners während der Aufnahme aus. Diese Ansicht lässt sich in jede Richtung drehen, beliebig vergrößern oder verschieben.

Optimierter Bauablauf durch konstruktive Fertigteile Um die engen Terminvorgaben einhalten zu können, bot sich für das Grundgerüst des Gebäudes ein Tragwerk aus Fertigteilstützen, Fertigteilhaupt- und -nebenträgern sowie eingehängten Filigrandeckenelementen an. Die Außenfassade besteht aus ein-


(Fotos/Abb.: Klebl)

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Punktewolke aufbereitet mit TrueView als Basis für Kommunikation mit LEICA TrueView als Basis für Kommunikation unter den Prozeßbeteiligten

gefärbten Fertigteil-Fassadenplatten. Alle Teile lieferte das Werk Gröbzig bei Halle, welches seit 1992 zur Unternehmensgruppe Klebl mit Hauptsitz in Neumarkt in der Oberpfalzgehört. Mit 450.000 t Produktionsvolumen in sechs Werken einer der größten Hersteller konstruktiver Beton-Fertigteile in Deutschland. Bei der Fassadengestaltung des Einkaufszentrums war es die Aufgabe des Architekten, die sehr langen Wandflächen der neuen Fertigteil-Sandwichaußenwände des neuen Einkaufszentrums in Einklang mit den kleinteiligen Parzellierungen der denkmalgeschützten historischen Fassaden zu bringen. Zudem

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Detail renovierte Fassade

galt es, das Gebäude optimal in die charakteristische Lindenauer Umgebung einzubinden. Eine Fülle von Gestaltungselementen sorgt dafür, dass sich die neuen Gebäudeteile harmonisch an den Bestand anfügen. „Wir haben unterschiedliche Farbtöne in der Sichtbetonoberfläche der Fertigteil-Außenwände eingesetzt“, erläutert Dipl. Ing. Roland Kraus, Projektleiter des Lichtenauer Projekts. „Außerdem haben wir die Anordnung von Fugen und Scheinfugen auf das vorhandene Fassadenrelief abgestimmt und die bestehende Formensprache mit aufwendigen Fertigteil-Attikaelementen ebenso

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BAU 2013 aufgegriffen wie mit Stahl- und Glas-Einlagen und Aufsätzen innerhalb der Fertigteil-Fassadenelemente.“

Rekonstruktion und Anbindung der Fassade Neben der anspruchsvollen Gestaltung der neuen Außenfassaden sollten auch die Außenwände der vorhandenen denkmalgeschützten Fassaden zu einem herausragenden gestalterischem Element des Objektes aufbereitet werden. Fenstereinfassungen, Gesimse und kleinteilige Fassadenelemente wurden in liebevoller Detailarbeit restauriert: Fehlende Schmuckelemente wurden nachgebildet und erneuert, historische Kastenfenster in enger Abstimmung mit der Denkmalbehörde aufgearbeitet oder detailgetreu nachgefertigt. Gereinigt und, wo nötig, mit originalgetreuen Nachbildungen ausgebessert, erstrahlen die alten Klinkersteine ebenso in ursprünglicher Frische wie die zur Gänze renovierten Putzflächen, die farblich an das gestalterische Gesamtkonzeptes des Gebäudes angepasst wurden. Eine besondere Herausforderung war die Anbindung der alten Außenfassaden an die neue Fertigteilkonstruktion. Zahlreiche ins Bestandsmauerwerk gestemmte, konische Auflagertaschen schaffen über einbetonierte Gewindestähle im Aufbetonbereich der Fertigteildecken einen sicheren Anschluss an den Neubau. Um großflächige Ortbetonbereiche vor der Altbaufassade zu vermeiden, sollte die Fertigteilkonstruktion so nahe wie möglich an die Bestandskonstruktion herangeführt werden. Auch hier kam wieder das TLS-Verfahren ins Spiel.

Nach dem Abbruch des alten Baukörpers wurden für maximale Planungssicherheit auch die Konturen der Fassadenrückseite per Laserscanning erfasst. Damit ließen sich wie an der Vorderseite aus der „Verheiratung“ von Laserscan und Schalungsplanungs-Daten mögliche Kollisionspunkte ermitteln – in diesem Fall zwischen Fertigteilkonstruktion und Altbau. Dies ermöglichte eine optimierte Schalungsplanung schon im Vorfeld und garantierte den störungsfreien Bauablauf.

Modernste Messtechniken garantieren Qualität beim Bauen im Bestand Angesichts der Tatsache, dass Baumaßnahmen im Bestand in Deutschland immer mehr an Bedeutung gewinnen, belegt das Projekt Lindenauer Markt vor allem eines: Die zunehmend wichtigere Rolle, die die geodätische Bestandsaufnahme im Regelkreis des Bauprozesses von der Definition der Bauaufgabe über den Entwurf, die Planung und die Bauausführung spielt. Exakte Kenntnis der bestehenden Bauwerksgeometrie ist im Vorfeld von Planung und Arbeitsvorbereitung unerlässlich. Der Einsatz Terrestrischen Laserscannings als präzises, schnelles und bildgebendes Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung hat sich mittlerweile im Baubereich etabliert. „In den kommenden Jahren ist mit einem vermehrten Einsatz dieser Messtechnologie beim Bauen im Bestand zu rechnen. Eine Vielzahl aktuellen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten rund um die automatisierte Auswertung digitaler Bestandsdaten zeigt das enorme Entwicklungspotenzial dieser Technologie“, so Dipl. Ing. Wolfgang Stockbauer, Professor an der Regensburger Fakultät für Bauingenieurwesen. „Auch an der Hochschule Re-

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BAU 2013 gensburg werden wir diesen Entwicklungsweg intensiv mit unseren Praxispartnern im Bereich terrestrisches und luftgestütztes Laserscanning sowie bildgebende Tachymetrie mit automatischer Bildorientierung weiter beschreiten.“

Gelungener Abschluss für vieldiskutiertes Projekt Die Eröffnung des Einkaufszentrums am Lindenauer Markt beendete die Umsetzung eines der umstrittensten Bauprojekte in Leipzig. Die Realisierung des schlüsselfertigen Objektes binnen einer nur zwölfmonatigen Bauzeit war nur dadurch möglich, dass sämtliche Baugewerke vom Abbruch über die Sondergründung bis hin zum Ausbau weitgehend parallel liefen. Angesichts des engen Zeitrahmens war die Fertigteilbauweise das einzig erfolgversprechende Verfahren für die Rohbaukonstruktion. Ausschlaggebend für die erfolgreiche Projektabwicklung bei werksmäßiger Vorproduktion und örtlicher Verbindung zu bestehenden Gebäudeteilen war die exakte Bauvorbereitung unter Einbeziehung aller verfügbaren Technologien. Weitere Informationen: Klebl GmbH, Gößweinstraße 2, 92318 Neumarkt, Tel. (0 91 81) 9 00-0, Fax (0 91 81) 9 00-2 05, klebl@klebl.de, www.klebl.de

Mit Sicherheit im Untergrund Auch Großprojekte benötigen kleine Bauteile. Die Planer der gut 2 Mrd. Franken teuren Neubaustrecke der Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) setzen auf sichere Befestigungen via Ankerschienen. Auch die Schweizer SBB ist intensiv bemüht, Fahrzeiten zu verkürzen und einem wachsenden Verkehrsaufkommen gerecht zu werden. Einen Beitrag dazu soll die so genannte „Durchmesserlinie“ in Zürich leisten. Mit einer Länge von 9,6 km durchquert sie die Stadt Zürich von Altstetten über den Zürcher Hauptbahnhof in einem großen Bogen bis Oerlikon. Bestandteile dieses größten innerstädtischen Bahnprojektes der Schweiz sind zwei neu zu errichtende Brücken, darunter die Letzigrabenbrücke, mit über 1.100 m die längste Eisenbahnbrücke der Schweiz, der 4,8 km lange Weinbergtunnel, der den Fluss Limmat unterquert, sowie als Herzstück der neuen Strecke der unterirdische Bahnhof Löwenstraße ,16 m unter dem Züricher Hauptbahnhof. Die Durchmesserlinie bildet einen zentralen Teil der West-OstAchse des nationalen Schienenverkehrs. Als Kapazitätssteigerung für den Hauptbahnhof Zürich ermöglicht sie ab Juni 2014 neue Angebotskonzepte im S-Bahn- und ab Dezember 2015 auch im Fernverkehr. Profitieren wird vor allem die Achse Genf-Bern-Zürich Flughafen-St. Gallen.

Große Herausforderungen an Planung und Bauausführung Das Projekt stellte Planer und ausführende Firmen vor eine Reihe von Herausforderungen. So muss der Neubau der Brücken während des laufenden Betriebes erfolgen, ohne diesen zu beeinträchtigen. Der Weinbergtunnel verläuft durch Grundwasser führende Schichten und der Durchgangsbahnhof Löwenstraße liegt sogar quer zur Hauptströmungsrichtung des Grundwassers. Das Grundwasser wird hier mittels Dükern unter dem Bahnhof hindurch geleitet.


BAU 2013 nal sowie zur Befestigung der Handläufe an den Treppen kamen über 1.800 kalt gewalzte, feuerverzinkte Kurzstücke vom Typ JTA K38/17 mit einer Länge von 100 mm, sowie Edelstahl-Ankerschienen des gleichen Typs in den Längen 450 mm, 930 mm und 2.560 mm zum Einsatz. Die verwendeten JTA Schienen besitzen die Europäisch – Technische Zulassung (ETA 09/0338) als auch die nationale bauaufsichtliche Zulassung (Z-21.4-151).

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Der Tiefbahnhof Löwenstraße wurde in Deckelbauweise hergestellt. Für Befestigungsaufgaben wählten die Planer Ankerschienen.

In der 45 m breiten und 420 m langen Bahnhofshalle werden vier Gleise für den S-Bahn- und Fernverkehr liegen, die zum Weinbergtunnel hin auf zwei Gleise reduziert werden. Genau über dieser Stelle liegt der älteste Teil des Hauptbahnhof Zürich, der historische, denkmalgeschützte Südtrakt. Um dieses Gebäude gefahrlos zu untergraben, war eine massive Abstützung notwendig. Die Abstützung besteht aus 29 ausbetonierten Stollen, die auf Spundwänden aufliegen und so ein unerwünschtes Setzen des Südtrakts verhindern. Der Tiefbahnhof Löwenstraße bildet einen wichtigen Knotenpunkt des Zürcher Verkehrskonzeptes. Von hier aus erreichen Fahrgäste über sechs Treppen auf jedem Bahnsteig, insgesamt 14 Rolltreppen und zwei Lifte via Bahnhofshalle sowohl den alten Hauptbahnhof als auch drei Einkaufspassagen und das ebenfalls neue Ladengeschoss.

Ankerschienen halten Konstruktionen und Handläufe

Die in der Durchmesserlinie eingebauten Ankerschienen werden in der Schweiz von der JORDAHL H-Bau AG, Brüttisellen, vertrieben. Die Inbetriebnahme der Durchmesserlinie erfolgt in Etappen. Ab Juni 2014 verkehren S-Bahn-Züge über den Bahnhof Löwenstrasse und durch den Weinbergtunnel. Nach Fertigstellung der Brücken wird ab Dezember 2014 auch der Fernverkehr via Durchmesserlinie rollen. Bis 2020 werden dann bis zu 500.000 Fahrgäste täglich den Bahnhof nutzen können. Der Hauptbahnhof Zürich kann künftig damit nicht nur seine Kapazität deutlich steigern, sondern er wird gleichzeitig durch ein bautechnisch sehr interessantes Projekt erweitert. Eberhard Rademeier/Heinz-Jürgen Zamzow Weitere Informationen: Jordahl GmbH, Nobelstraße 51, 12057 Berlin, Tel. (0 30) 6 82 83-02, Fax (0 30) 6 82 83-4 97, info@jordahl.de, www.jordahl.de

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(Fotos/Abb.: 1 u. 2 SBB CFF FFS

Um künftige Wartungsarbeiten an Bahnsteigen und Anlagen gefahrlos möglich zu machen, mussten eine Vielzahl sicherer Zuwegungen für das Personal geschaffen werden. Bei der Befestigung dieser Konstruktionen entschieden sich die Planer für Ankerschienen. Im Rahmen der Ausschreibung erhielten JORDAHL® Ankerschienen den Zuschlag. Zur Montage verschiedenster Lauf -und Sicherheitsgitter für das Wartungsperso-

Die Ankerschienen wurden im Projekt als Lastaufnahme oberflächenbündig direkt in die Stahlbetonwände und -decken einbetoniert. Eine Vollschaumfüllung der Schiene verhinderte dabei das Eindringen von Beton. Gegenüber Dübeln sind Ankerschienen konstruktiv flexibler und beschädigen den Baukörper nicht. Die Montage und die Feinjustage der Konstruktionen und Handläufe ist in Schienenlängsrichtung stufenlos möglich, so dass auch Bautoleranzen problemlos ausgeglichen werden konnten. Selbst randnah einbetoniert, nehmen Ankerschienen noch hohe Belastungen auf. Das Schwinden und Kriechen des Betonbauteils hat keinen Einfluss auf die Sicherheit der Befestigung. Bei eventuell während des Betriebes des Bahnhofs hinzukommenden Befestigungsanforderungen können die eingebauten Schienen weitere Konstruktionen aufnehmen: Die Beschädigung der Betonoberflächen bleibt ausgeschlossen.

Bild 2

Hohe Anforderungen an Planung und Ausführung: Der Fluss Sihl kreuzt den Bahnhof Löwenstraße oberhalb, das quer zum Bahnhof strömende Grundwasser wird mittels Dükern unter dem Bahnhof hindurchgeführt.

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Sicher und rasant geklettert – Donau City Tower 1, Wien Mit 220 m wird der DC Tower 1 das höchste Gebäude Österreichs. Für das äußerst schlanke, zukünftige Wahrzeichen der Stadt nach einem Entwurf von Dominique Perrault erarbeitete PERI in enger Zusammenarbeit mit dem Bauunternehmen Bögl eine umfassende Schalungs- und Gerüstlösung. Mit einer Kombination der bewährten ACS Selbstklettertechnik und der TRIO Rahmenschalung klettert das Bauwerk schnell von Geschoss zu Geschoss. Zudem bietet die RCS Kletterschutzwand eine sichere Einhausung, die sich der markanten Fassadengeometrie flexibel anpassen lässt. Der Tragwerksplanung gingen umfangreiche Untersuchungen voraus, unter anderem in einem Windkanal. So ließen sich der Einfluss des Windes und die Reaktion des Tragwerks unter Berücksichtigung der realen Umgebung ermitteln. Die Horizontalkräfte werden durch sogenannte Outriggerkonstruktionen zwischen Kern und Stützen aufgeteilt, so dass der innere Erschließungskern für die Ableitung der Kräfte durch die Stützen entlastet wird. Neben dieser komplexen Konstruktion ist die größte Herausforderung für das ausführende Bauunternehmen Max Bögl die Einhaltung des engen Bauzeitenplans. PERI trägt mit einer umfassenden Schalungs- und Gerüstlösung für die Herstellung der Decken und Säulen sowie des dreiteiligen Gebäudekerns dazu bei, dass der Rohbau im geplanten Zeitrahmen fertiggestellt werden kann.

TERMINGERECHT

HERGESTELLT

Schnelle Schalzeiten für Säulen und Decken Die Gebäudestützen weisen unterschiedlichste Abmessungen auf. Die Schalungen für die Herstellung der Säulen mit Querschnitten von 0,60 m × 0,60 m bis 1,20 m × 1,20 m und Höhen von 3,25 m bis 6,50 m basieren auf mietbaren Schalungselementen der Systeme MAXIMO, TRIO sowie RAPID. Um den Arbeitsaufwand auf der Baustelle zu minimieren, liefert der Hersteller die Stützenschalungen vormontiert auf die Baustelle. Diese lassen sich auch für die geneigten Stützen der Outrigger nutzen, ebenso konnten Zwangspunkte der Giebelverbundstützen berücksichtigt werden. Die 25 cm starken Decken der Regelgeschosse werden mit der SKYDECK AluPaneel-Deckenschalung in Form gebracht. Das Fallkopfsystem erlaubt kurzfristiges Frühausschalen und reduziert so die Vorhaltemenge auf der Baustelle. Obwohl die angeordneten Balkone in jedem Geschoss veränderliche Grundrisse mit sich bringen, können die Ausgleichsbereiche minimiert werden. Auf der Baustelle werden zwei Geschossflächen Deckenschalung vorgehalten, weiterhin sind zwei Ebenen Nachlaufrüstung im Einsatz. Die SKYDECK dient auch zur Herstellung der 200 cm starken Betondecken der Outriggergeschosse. Um die hohen Lasten abtragen zu können, werden diese Decken in zwei Arbeitsgängen betoniert und als Zusatzmaßnahme weitere Stützen gestellt. Die systematische Montagefolge der SKYDECK und das geringe Gewicht der Einzelteile unterstützen das Baustellenteam dabei, die vorgegebenen Schalzeiten einzuhalten.

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.

Für das Umsetzen der Deckenschalung wurden RCS Materiallifter in Sonderausführung geplant und geliefert. Diese sind in den Installationsschächten an den Stirnseiten des Gebäudes integriert und dienen dem kranunabhängigen Umsetzen der Deckenschalung über bis zu vier Etagen.

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Bild 2

Mithilfe der PERI Klettertechnik wächst der Wiener DC Tower sicher und rasant bis zu 220 m in die Höhe – und wird damit das höchste Gebäude Österreichs. Bild 4

An der Südseite des Gebäudes ist die Kletterschutzwand den unterschiedlich auskragenden Balkonen anzupassen. Trotz vor- und rückgeneigter Ausführung der Schutzwände können sie ohne Umbauarbeiten hydraulisch geklettert werden.

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Mithilfe der alu-leichten SKYDECK Paneel-Deckenschalung werden die Geschossdecken hergestellt – rundum geschützt durch die RCS Kletterschutzwand. Somit kann auch die Absturzsicherung am Deckenrand gefahrlos montiert werden, bevor die RCS Einhausung in das nächste Geschoss klettert.

Markantes Kennzeichen des DC Towers ist die mehrfach geknickte Fassadenkonstruktion. Diese erfordert insbesondere eine flexible Lösung für die Kletterschutzwand, die den veränderlichen Geschossflächen stetig angepasst wird.

(Fotos: PERI)

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Klettern im 4-Tages-Takt Zur Herstellung der drei Kernbereiche des DC Tower werden unterschiedliche Varianten der Selbstkletterschalung ACS (Automatic Climbing System) in Kombination mit der bewährten TRIO Rahmenschalung eingesetzt. Diese Systeme erweisen sich auch dank ihrer Flexibilität als bestens geeignet, die Projektanforderungen zu erfüllen.

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Die drei Kernbereiche des DC Towers klettern unabhängig voneinander, die umlaufende Kletterschutzwand bietet sichere Arbeitsebenen.

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Die Wände des Gebäudekerns sind bis zu 1,00 m stark und weisen einen sehr hohen Bewehrungsgrad auf. Um den schnellen Baufortschritt realisieren zu können, werden die bis zu 9,60 m hohen Bewehrungskörbe über drei Geschosse vormontiert und eingefädelt. Eine Lageverschiebung der Bewehrungskörbe wird durch zusätzliche Halterungen an den Außengerüsten über der


BAU 2013 Schalung gewährleistet. In einigen Bereichen ergänzen Fertigteile die Ortbetonwände, diese integriert das Baustellenteam vor dem Betonieren ebenfalls in die Schalung. Zur Ausführung der Bewehrungsarbeiten dient ein PERI UP Rosett Flex Arbeitsgerüst, das im Innern des Kerns auf dem Klettergerüst aufgebaut ist. Diese Lösung bringt hohe Zusatzlasten, die über die Verankerung in den bereits betonierten Bereich eingeleitet werden. Das Arbeitsgerüst ist mit Klappen ausgestattet, die den Einbau der Fertigteiltreppen im Zuge des Baufortschritts erlauben. Dass die Kerne unabhängig voneinander klettern können, bietet eine hohe Flexibilität für die Bauausführung. Nach kurzer Einarbeitungszeit erreichte das Baustellenteam einen 4-Tages-Takt pro 3,50 m Betonierabschnitt, so dass innerhalb von 2 Wochen jeweils drei Geschosse entstehen.

Sicheres Arbeiten an der markanten Fassade Die Windkanaluntersuchung bildete nicht nur die Basis für die Tragwerksbemessung, sondern war auch die Grundlage für die Planung der Kletterschutzwände. Die temporäre Einhausung auf Basis des RCS Schienenklettersystems sichert jeweils 3,5 Geschosse und hält während des Bauprozesses Windgeschwindigkeiten von 160 km/h stand. Die RCS Schutzwand erlaubt damit effizientes Arbeiten in allen Etagen und Situationen. Die Geschossgrundrisse verändern sich aufgrund der mehrfach geknickten Fassade stetig, die Einhausung passt sich der Geometrie entsprechend an. PERI konstruierte dazu eine spezielle Verankerungslösung, mit der sich die Neigungen der Schutz-

wände variieren lassen und die das hydraulische Klettern ohne Umbaumaßnahmen erlaubt. An den veränderlichen, seitlichen Auskragungen dienen Gerüstschiebeelemente der stetigen Sicherung der Mitarbeiter. Um auch an der veränderlichen Querseite des Hochhauses eine durchgängige Schutzwand zu gewährleisten, nutzt das Baustellenteam Zusatzelemente, die je nach Gebäudebreite ein- oder ausgebaut werden.

Vorausschauend geplant – im Teamwork realisiert Die kurze Bauzeit wirkt sich auf alle Planungs- und Logistikprozesse in der Bauausführung aus. Dies erfordert ebenso schnelle Reaktionen des verantwortlichen Teams. Dennoch planten die Ingenieure in enger Kooperation mit Bögl sehr vorausschauend. Mögliche Varianten z.B. der Platzierung der notwendigen Anker für die Kletterschalung diskutierte man frühzeitig und berücksichtigte diese bei der Planung. Im Zuge der Bauausführung lassen sich notwendige Anpassungen dann einfach umsetzen. Die PERI-Projektleitung ist außerdem regelmäßig zur Koordination und Organisation der Schalungs- und Gerüstplanung vor Ort. Materialeinsätze und Vorhaltemengen lassen sich auf diese Weise optimieren und wirtschaftlich umsetzen. Weitere Informationen: PERI GmbH, Schalung Gerüst Engineering, Rudolf-Diesel-Straße 19, 89264 Weißenhorn, Tel. (0 73 09) 9 50-0, Fax (0 73 09) 9 51-0, info@peri.de, www.peri.de

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Hochfeste gebogene GlasfaserBewehrungsstäbe

In der Vergangenheit war der Mangel an ausreichend tragfähigen gebogenen Glasfaserstäben und -bügeln ein signifikantes Hindernis für die Verwendung dieser Bewehrungsart in tragenden Betonbauteilen. Die meisten hochfesten geraden Glasfaserstäbe werden in einem linearen Verfahren, die so genannte Pultrusion, hergestellt. Dieses Verfahren stellt eine parallele und gerade Ausrichtung der Fasern innerhalb des Stabes sicher, was eine Voraussetzung zur Erzielung hoher Zugfestigkeiten darstellt. Gebogene Stäbe hingegen können nicht im Pultrusionsverfahren hergestellt werden. Bisher wurde deshalb üblicherweise ein modifizierter Stab hergestellt. Dieser ist aus imprägnierten Fasern mit einer spiralenförmigen Windung zusammengesetzt. Die Zugfestigkeit und Steifigkeit von Stäben, die auf diese Weise hergestellt werden, sind jedoch viel niedriger als die pultrudierter gerader Stäbe. Die Schöck Bauteile GmbH hat eine vollständig neue Generation gebogener Glasfaser-Bewehrungsstäbe als Teil ihres ComBAR-Portfolios entwickelt. Diese werden auf völlig andere Weise hergestellt, was in Stäben mit einem hohen charakteristischen Wert der Zugfestigkeit und einem Elastizitätsmodul ähnlich dem gerader ComBAR-Stäbe resultiert.

Pultrusionsverfahren Moderne hochfeste Glasfaserstäbe werden in einem geschlossenen Pultrusionsverfahren hergestellt. In diesem Prozess werden dicht gebündelte Fasern durch eine geschlossene Kammer gezogen, wo sie mit einem extrem langlebigen und diffusionsdichten Harz unter hohem Druck imprägniert werden. Durch das Ziehen am fertigen Stab wird eine beinahe perfekte parallele und hochlineare Ausrichtung der Fasern erreicht. Des Weiteren stellt das Pultrusionsverfahren einen optimalen Schutz der Fasern gegen das Eindringen von Feuchtigkeit sicher, indem es einen maximalen Grad an Imprägnierung und Beschichtung der Fasern innerhalb des Stabes erzielt. All diese Aspekte sind obligatorisch, um eine hohe Festigkeit und ein hohes Elastizitätsmo-

Fotos: Schöck Bauteile GmbH

Weltweit ersetzen Glasfaserstäbe in zunehmendem Maße konventionelle Stahlbewehrungen in Betonbauteilen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine nichtmetallische Bewehrung bei Projekten, wie beispielsweise Kraftwerken und Schaltanlagen, in Forschungs- und medizinischen Einrichtungen und Gleisplatten verlangt wird. In korrosiver oder chemisch aggressiver Umgebung werden Glasfaserstäbe aufgrund ihrer vergleichsweise niedrigen Kosten in zunehmendem Maße als Ersatz für Edelstahlbewehrungen verwendet. Ihre weit überlegene Langlebigkeit macht Glasfaserstäbe zu einer praktikablen Alternative gegenüber Bewehrungsstäben mit Epoxydharz-Beschichtung oder aus verzinktem Stahl. Bild 2

Faserausrichtung in einem gebogenen Schöck ComBAR-Stab.

dul zu erreichen. Gehärtete Glasfaserstäbe verhalten sich bis zu ihrem Bruch linear elastisch, wo sich hingegen Stahl nach Überschreiten der Fließgrenze plastisch verformt. Sobald die Stäbe ausgehärtet sind, können sie nur in großen Radien elastisch gebogen werden. Deshalb müssen gebogene Glasfaser-Bewehrungsstäbe und -bügel in der erforderlichen Form unter Verwendung eines anderen Herstellungsverfahrens hergestellt werden.

Neue Generation gebogener Glasfaser-Bewehrungsstäbe Mit dem neu entwickelten Herstellungsverfahren konnte Schöck die meisten technischen Herausforderungen bei der Herstellung gebogener Glasfaser-Bewehrungsstäbe lösen. Dank der Verwendung deutlich verbesserter Komponenten und einer neuen Biegetechnik werden jetzt wesentlich höhere Werte für die Zugfestigkeit und für das Elastizitätsmodul erreicht, die dem der geraden ComBAR-Stäbe nahe kommen. Für alle Stäbe konnte ein Biegerollendurchmesser auf das Siebenfache des Stabdurchmessers erreicht werden. In Kombination mit einem neuen, von der RWTH Aachen entwickelten, Bemessungskonzept für die Schubbemessung glasfaserverstärkter Betonbauteile, werden die Materialeigenschaften der neuen ComBAR-Stäbe eine erheblich effizientere Bemessung gebogener Glasfaserstäbe als tragende Schubbewehrung in Betonelementen ermöglichen. Außerdem ist der planende Ingenieur jetzt in der Lage auf seine Erfahrung mit Bewehrungskonzepten und der Bewehrungsführung in Stahlbetonbauteilen zurückzugreifen. Seit dem Sommer 2012 werden die Materialeigenschaften dieser neuesten Generation gebogener Glasfaser-Bewehrungsstäbe in einer umfassenden Versuchsreihe, einschließlich Kurz- und Langzeitversuchen, an der RWTH verifiziert. Sobald geplante Optimierungen im Herstellungsverfahren dieser neuen Stäbe abgeschlossen sind, wird erwartet, dass sich deren Herstellkosten erheblich verringern. Dies garantiert eine kosteneffektive und konkurrenzfähige Konstruktion mit Schöck ComBAR Glasfaser-Bewehrungsstäben. Dipl.-Ing. Benjamin Jütte, Dr.- Ing. André Weber Weitere Informationen: Schöck Bauteile GmbH, Vimbucher Straße 2, 76534 Baden-Baden, Tel. (0 72 23) 9 67-0, Fax (0 72 23) 9 67-4 50, schoeck@schoeck.de, www.schoeck.de

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Pultrusionsverfahren für die Produktion hochfester gerader FVKStäbe.

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BAU 2013: Halle A1, Stand 119


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CRH setzt auf BIM-Software von Tekla CRH Structural Concrete Europe und Tekla gehen eine strategische Partnerschaft ein. In Zukunft nutzt CRH die Building Information Modeling (BIM) Software Tekla Structures, um die Produktivität seiner Arbeitsprozesse zu verbessern.

(Foto: Tekla)

Das irische Unternehmen CRH besitzt Produktionsstandorte in ganz Europa und ist auf den konstruktiven Betonbau spezialisiert. Neben der Herstellung und Lieferung von Baustoffen stehen für CRH das Design und der EngineeringProzess von Gebäuden im Vordergrund. Der Entscheidung von CRH zur strategischen Partnerschaft mit Tekla und dem Dienstleistungspartner Construsoft ging eine umfangreiche Evaluation verschiedener Softwareprodukte auf dem europäischen Markt voraus.

Tekla Strucures ermöglicht Produktentwicklung sowie Produktions- und Projektmanagement in einem Modell.

Einer der Vorteile von Tekla Structures ist die Produktivitätssteigerung im Konstruktionsprozess. Beispielsweise ermöglicht sie es Herstellern, jegliche Art von Betonfertigteilen rechtzeitig und kosteneffizient zu entwickeln und am richtigen Standort bereitzustellen. Die Software integriert zudem die Entwicklung und Durchbildung mit der Fertigung sowie dem Projektmanagement in einem Modell. Tekla bietet außerdem Schnittstellen zu Produktionsmanagementsystemen (ERP) und Automatisierungssoftware und kommuniziert mit weiteren Anwendungen. Mit der integrierten, offenen Programmierschnittstelle (API) können Nutzer Plug-In-Anwendungen für die TeklaPlattform entwerfen und diese in ihr eigenes System integrieren.

Open BIM erlaubt Integration verschiedener Anwendungen Für CRH war dies ein wichtiges Entscheidungskriterium: „Wir bauen gerade unser eigenes Kompetenzzentrum auf, in dem wir eine eigene Arbeitsmethodik entwickeln werden. Daher werden wir die BIM-Software von Tekla in unsere europäischen Niederlassungen phasenweise einführen“, erläutert David Dupont, European CAD Software Manager bei CRH. Da Tekla den Open BIM-Standard unterstützt, erlaubt die Software die Integration verschiedener Anwendungen. Dadurch ist eine nahtlose Zusammenarbeit möglich. Außerdem können die Anwender selbst entscheiden, welche Applikationen sie verwenden möchten. Hersteller von Betonfertigteilen können beispielsweise mit Hilfe von Tekla BIMsight, der kostenlosen Software für modellbasierte Projektzusammenarbeit, mit dem Bauunternehmen kommunizieren und die Produktion mit der Baustelle koordinieren. „Die strategische Entscheidung von CRH, zukünftig modellbasiert zu arbeiten, ist wegweisend für die Betonfertigteilindustrie in Europa. Teklas kontinuierliche Entwicklungen der vergangenen Jahre wirken sich nun nachhaltig auf diesen Markt aus. Von der Partnerschaft mit CRH erhoffen wir uns, die Bedeutung von BIM zu stärken und unsere führende Marktposition weiter auszubauen“, erklärt Risto Räty, Executive Vice President der Tekla Corporation. CRH Structural Concrete Europe hat Fertigungsanlagen in 19 Ländern unter anderem die Ergon Belgium, Prefaco Houthalen + Lommel und Schelfhout in Belgien, IB in Frankreich, Elements AG in der Schweiz, Ferrobeton in Ungarn, Ergon in Rumänien, Ergon Poland, Alvon-Heembeton und Calduran in den Niederlanden sowie Betonelement, Dalton und Expan in Dänemark. Weitere Informationen: Tekla GmbH, 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

BAU 2013: Halle C3, Stand 328


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Mit Verbundträgern zur denkmalgerechten Gebäudeerweiterung

Bild 1

Wie stockt man ein Gebäude auf, ohne dass es jemand sieht? Vor dieser Frage standen die Planer des beschriebenen Objekts und fanden in den Deltabeam-Verbundträgern eine effiziente Lösung. Die Neuordnung des Wiener Südbahnhofs bringt große Veränderungen für die Umgebung des Gebietes, wie zum Beispiel das unmittelbar benachbarte Arsenal, mit sich. Es wurde in der Zeit von 1848 bis 1856 als militärische Anlage gegründet und im Laufe der Jahre unterschiedlich genutzt. Heute befinden sich darin u. a. Museen, Forschungseinrichtungen und Wohnungen. Durch den Neubau des Bahnhofes steigt das Interesse an den Immobilien dieses Gebietes stark an, weshalb Investoren versuchen, die vorhandene Bausubstanz optimal zu nutzen. Ein Beispiel hierfür ist das Objekt Nr. 12. Geplant war der Backsteinbau als vierstöckiges Wohnhaus. Doch kürzlich wurde es durch ein weiteres Geschoss ergänzt. Die besondere Herausforderung der Baumaßnahme lag in den Auflagen des Denkmalschutzes. Dieser forderte, dass die Aufstockung nicht an der Außenfassade erkennbar ist.

Da die Fassade um einige Meter über das eigentliche Gebäude hinausragte, konnten die Verantwortlichen ein zusätzliches Geschoss dahinter „verstecken“

Der Trick mit der Wand Nur dank der besonderen Fassadengestaltung des Altbaus und einer guten architektonischen Konzeption war es dennoch möglich, das Objekt um ein Stockwerk zu erweitern. Damit die Gebäude noch größer und majestätischer erscheinen, wandten die ursprünglichen Architekten einen Trick an: Sie ließen die Fassade ca. 2,5 bzw. 4 m über das Gebäude hinausragen, obwohl sich dahinter nur untergeordnete Dachräume befanden. Schmale Öffnungen, die an Schießscharten erinnern, unterstützen den Eindruck einer Festung. Diese ungewöhnliche Fassadengestaltung konnten die Planer bei der Erweiterung nutzen. Doch vor allem in den turmartig ausgebildeten Gebäudeecken mussten mehrere Hürden gemeistert werden: Erstens – die kleinen Fassadenöffnungen waren zu hoch angeordnet, um als Fenster dienen zu können. Daher war es unmöglich, aus ihnen herauszuschauen, was bei einer Wohnung mit solch exponierter Lage absolut inakzeptabel gewesen wäre. Zweitens – die Decke war nicht für die Lasten des neuen Wohngrundrisses ausgelegt, weshalb eine Lösung gefunden werden musste, diese auf anderen Wegen abzuleiten.

Verbundbalken machen es möglich

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Die Deltabeam-Träger wurden auf den Außenwänden und den tragenden Innenwänden aufgelagert

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Um den gegebenen Herausforderungen zu entsprechen, sahen die Planer vor, ca. 100 cm oberhalb des alten Flachdachs eine neue Decke einzuziehen. Die Lasten der Wohnungen leiteten sie über die massiven Außenwände oder über tragende Innenwände ab. Ursprünglich beabsichtigten sie, hierfür Ortbetonträger zu verwenden. Doch das beauftragte Rohbauunternehmen hatte kürzlich mit einem anderen System bessere Erfahrungen gemacht und schlug daher vor, stattdessen das Verbundträgersystem Deltabeam von Peikko zu verwenden. Dieses basiert auf einem trapezförmig geschweißten Stahlprofil, das seitlich kreisförmige Öffnungen aufweist. Mit seinen verbreiterten Unterflanschen eignet es sich ideal zur Auflagerung von Filigran-, Verbund- und Spannbetonhohldecken. Im Montagezustand wirkt der Träger als reine Stahlkonstruktion. Nach dem Auflegen vorgefertigter Deckenplatten wird der Zwischenraum vergossen,


(Fotos: Peikko)

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Bild 3

Dieses Bild zeigt deutlich, dass der Arbeitsraum zur Erstellung einer normalen Decke viel zu gering gewesen wäre.

wodurch sich seine Steifigkeit erhöht. Sobald der Beton vollständig erhärtet ist, wirkt der Deltabeam als Verbundkonstruktion.

Viele Vorteile mit einem System Für die Aufstockung des Altbaus brachte Deltabeam gleich mehrere Vorteile mit sich. Der wichtigste war, dass auf die aufwendige Herstellung der Ortbetonbalken verzichtet werden konnte. Bei einer Arbeitshöhe von nur ca. 100 cm wäre es sehr schwierig gewesen, die Schalung hierfür zu errichten und die kreuzweise ineinandergreifende Bewehrung zu verlegen. Mit Deltabeam musste lediglich dafür gesorgt werden, dass eine ausreichend große Auflagerfläche für das tragende System vorhanden war. Nachdem das Rohbauunternehmen die Deltabeam auf den tragenden Bauteilen montiert hatte, konnten die Fertigteildeckenplatten eingehängt und der Aufbeton vergossen werden. Mit diesem einfachen System, das auf vorgefertigten Elementen basiert, ermöglichte Deltabeam eine schnelle und wirtschaftliche Arbeitsweise. Für besondere Detaillösungen bietet Peikko beispielsweise das Element auch als Randträger an. Dieser kam beim Arsenal zum Einsatz, als ein Deltabeam paral-

lel zur Wand verlegt werden musste. Ein weiterer Vorzug des Systems ist, dass der Deltabeam bei diesem Objekt lediglich 90 kg pro Meter wog. Im Vergleich zu einem entsprechenden Ortbetonträger, dessen Gewicht bei ca. 400 kg pro Meter liegt, ist er also ein wahres Leichtgewicht. Auch hinsichtlich des Brandschutzes hat das innovative System einiges zu bieten. Der Deltabeam kann für die Brandschutzklassen R30 bis R90 ohne besondere Maßnahmen verwendet werden. Zwar verliert der Untergurt im Brandfall an Tragfähigkeit, doch die innen liegende Bewehrung nimmt die anfallenden Lasten auf. Damit erleichtert das Verbundträgersystem die Planung und die Ausführung erheblich, unter anderem weil keine komplizierte Brandschutzverkleidung erforderlich war und kein aufwendiger Brandschutzanstrich angebracht werden musste. Beim Arsenal 12 konnte so sehr viel Zeit gespart werden, was hilfreich war, den knappen Zeitplan einzuhalten. Weitere Informationen: Peikko Austria GmbH, Zehentweg 6, 6833 Weiler, Tel. +43 (5523) 521 21-0, Fax +43 (5523) 521 21-20, austria(at)peikko.com (allg. Anfragen), technik-austria(at)peikko.com (techn. Anfragen), www.peikko.at

BAU 2013: Halle A3, Stand 538


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Fuldaer Denkmal kommt unter die Haube

Deutschland gilt als das Land der Burgen und Schlösser. Ein beeindruckendes Beispiel ist auch das Stadtschloss Fulda. Derzeit zeigt sich die frühere Residenz der Fürst-Äbte und -Bischöfe mitten in der Innenstadt jedoch in einem fremden Dachkleid, denn das Barockschloss hat – im wahrsten Sinne – einen Dachschaden. Das Gebälk der unter Denkmalschutz stehenden Sehenswürdigkeit wurde durch Wind und Wetter stark in Mitleidenschaft gezogen und muss saniert werden. Um die Baustelle am Mittelbau und Südflügel während der Arbeiten am Dach wirkungsvoll vor Witterungseinflüssen zu schützen, montierten Gerüstbauer der Eichenzeller Gerüstbaufirma WEMO-tec ein 1.900 m² großes Layher Kassettendach mit einer Spannweite von 27 m.

Kassettendach Beim Kassettendach handelt es sich um ein temporäres Wetterschutzdach, dessen Dachkassetten als regendichte und begehbare Dachhaut aus einem stabilen Stahl-Rahmen und Profilble-

Klebearmierung Nachträgliches Verstärken von Stahlbeton Bauteilverstärkung mit Stahl- oder Kohlefaserlamellen, Kohlefasersheets oder Spritzbeton

Klebearmierung

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Hoch- und Ingenieurbau

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Tel: 0441 / 9704 - 228 Fax: 0441 / 9704 - 114

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Das Gebälk des unter Denkmalschutz stehenden Fuldaer Stadtschlosses wurde durch Wind und Wetter stark in Mitleidenschaft gezogen und muss saniert werden. Um die Baustelle wirkungsvoll vor Witterungseinflüssen zu schützen kam ein 1.900 m² großes Layher Kassettendach mit einer Spannweite von 27 m zum Einsatz.

chen bestehen. Bauwerk und Einrichtung bleiben während des Umbaus oder der Dachreparatur bestens geschützt. Aus diesem Grund hat sich das Kassettendach gerade bei größeren Spannweiten und höheren Lasten auf Baustellen für Umbau und Aufstockung sowie Renovierung und Restaurierung einen festen Platz erworben. Das Dach lässt sich an beliebiger Stelle zur Materialbeschickung öffnen, bei Bedarf verschaffen Lichtkassetten zusätzliches Tageslicht. Eine ebenso stabile wie wirtschaftliche Lösung: Die enorme Tragfähigkeit bietet sicheren Schutz, wenige und gewichtsoptimierte Bauteile sowie die intelligente Keilverbindung garantieren einen einfachen und schnellen Aufbau. Da die marode Dachkonstruktion die Lasten der 72 t schweren Kassettendach-Konstruktion nicht aufnehmen konnte, lagerten die Gerüstbauer das Wetterschutzdach auf einem 5.000 m² großen Allround-Stützgerüst im Innenhof sowie im Schlosspark auf. Hier bestand die Herausforderung in der starken Dachneigung des Stadtschlosses, die eine 14 m große, freitragende Auskragung des Stützgerüstes über die oberste Ankerebene zur Folge hatte. Die Querkräfte mussten in diesem Fall mit Stahlseilen direkt abgeleitet werden. Die Montage der 15 Dachfelder erfolgte schnell und sicher am Boden, ein 300-t-Autokran brachte die Dachelemente in kürzester Zeit an die richtige Stelle. In nur vier Tagen errichtete WEMO-tec auf diese Weise das komplette Wetterschutzdach.

Schneller Ablauf der Sanierungsarbeiten

Ausführung vorgespannter CFK-Lamellen mit dem geprüften S & P-Vorspannsystem Bauaufsichtliche Zulassung für Belastungen nach DIN 1055, DIN 1072, DIN 4132, DIN 15018

(Foto: Layher)

Wirtschaftlichkeit wird großgeschrieben: Die Gerüstbaufirma WEMO-tec setzt bei der Dachsanierung des Stadtschlosses in Fulda beim Wetterschutz auf das Kassettendach von Layher. Schnell montiert bietet die temporäre Dachlösung einen doppelten Nutzen: Sie verhindert nicht nur eventuelle Unterbrechungen der Renovierung infolge schlechter Witterungsverhältnisse, sondern schützt auch die historischen Räume wirkungsvoll vor Regen und Schnee. Damit ist ein durchgängiger Betrieb im Schloss gewährleistet – im Museum wie in der Stadtverwaltung.

www.klebearmierung.de info@klebearmierung.de

Nun bietet die temporäre Lösung während der Arbeiten nicht nur sicheren Wetterschutz für die Stuckdecken der vierflügeligen Anlage aus dem 18. Jh. Sie ermöglicht zudem einen schnellen und damit wirtschaftlichen Ablauf der Sanierungsarbeiten ohne Unterbrechungen aufgrund schlechter Wetterverhältnisse – und damit zugleich einen durchgängigen Betrieb in den historischen Räumen im Schloss: Sei es in den Museumsräumen, die einen Blick in die Lebenswelt des Absolutismus bieten, oder sei es in den Büros der Stadtverwaltung. Damit sich Brautpaare auch weiterhin in der geschichtsträchtigen Kulisse „trauen“ können. Weitere Informationen: Wilhelm Layher GmbH & Co. KG, Gerüste Tribünen Leitern, Ochsenbacher Straße 56, 74363 Güglingen-Eibensbach, Tel. (0 71 35) 70-0, Fax (0 71 35) 70-2 65,

BAU 2013: Halle A1, Stand 331


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Frilo-App StaticToGo für Tablet-PCs Handliche mobile Tablet-PCs sind nicht nur aufgrund ihres Freizeitwertes im Trend, sie sind auch ideale Begleiter zur Nutzung bei externen Besprechungen oder auf der Baustelle.

Die App STG fügt sich nahtlos in die neue Frilo.System.Next Umgebung ein. Zusammen mit dem Frilo.Control.Center, in dem die zu synchronisierenden Dokumente ausgewählt werden, und dem Frilo.Document.Designer, mit dem auch

(Foto: Nemetschek Frilo)

Frilo hat für das iPad und auch für Android Tablets eine neue Anwendung entwickelt, mit der es möglich ist, den kompletten Projektdatenbestand in Form von PDF-Dateien immer aktuell dabei zu

Äußerst sinnvoll ist die Möglichkeit, Notizen hinzuzufügen, die dann nach der Rückkehr ins Büro abgearbeitet werden können.

Frilo-App StaticToGo – Eine neue Anwendung für iPad und Android Tablets, mit der es möglich ist, den kompletten Projektdatenbestand in Form von PDF-Dateien immer aktuell dabei zu haben.

haben – ohne besonderen Aufwand und genau in derselben Struktur wie auf dem Rechner im Büro. Die Frilo-App „Static To Go“ synchronisiert alle Dokumente eines Projektes zusammen mit der Projektstruktur auf den Tablet-PC. Nach der Synchronisierung sind alle Dokumente auf dem Tablet-PC gespeichert. Der Anwender hat damit alle relevanten Unterlagen für den schnellen Zugriff unterwegs zu Verfügung.

externe Formate und Anwendungen ins Statikdokument integriert werden können, ist so eine effizientere mobile Arbeitsweise möglich. Weitere Informationen: Nemetschek Frilo GmbH, Stuttgarter Straße 36, 70469 Stuttgart, Tel. (07 11) 81 00 20, Fax +49 711-858020, info@frilo.de, www.frilo.de

BAU 2013: Halle C3, Stand 320

Österreichs höchstes Gebäude entsteht Derzeit entsteht in Wien ein Gebäude, das sich zum modernen Wahrzeichen der Stadt entwickeln könnte: der DC-Tower Nr. 1. Er wird in unmittelbarer Nachbarschaft zur Donau gebaut und soll in den nächsten Jahren das höchste Gebäude Österreichs sein. Planung und Durchführung stellen alle Beteiligten vor bemerkenswerte Herausforderungen. Konzipiert wurde das Gebäude von dem Architekten Dominique Perrault, der mit

der Nationalbibliothek in Paris internationale Bekanntheit erlangte. Eigentlich plante er den Bau von zwei unterschiedlich hohen Gebäuden, die sich beide durch eine enorme Höhe auszeichnen. Doch vorerst errichtet der Bauträger nur das größere Objekt. Mit seiner Höhe von 248 m (inkl. Antenne) und seiner charakteristischen „Kristallfassade“ wird er zukünftig die Wiener Skyline maßgeblich prägen. Die meisten Stockwerke des Giganten sollen der Büronutzung dienen. In

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den oberen Etagen entstehen Sky-Lofts mit einem atemberaubenden Ausblick auf die Stadt. Zudem werden ein Viersternehotel in den unteren Etagen und ein Restaurant in den oberen einziehen.

Pkws geben, die hier gebäudeseitig erzeugten Strom „tanken“ können. Doch nicht nur die ökologischen Aspekte bedurften eines besonderen Augenmerks, auch die ungewöhnliche Gebäudegeometrie stellte hohe Anforderungen an die Verantwortlichen. Die geringe Grundfläche im Verhältnis 1:11 zur Höhe musste bei der Planung besonders berücksichtigt werden.

Nachhaltigkeit Bei ihrer Planung legten die Verantwortlichen großen Wert auf Nachhaltigkeit, d. h., der DC-Tower soll den Energie- und Nachhaltigkeits-Anforderungen gerecht werden, die die EU-Kommission an ein Green-Building stellt. So sind Innovationen, wie z. B. die Nutzung von Grundwasser für Kühlungszwecke oder Energierückspeisung der Aufzugsanlagen, vorgesehen. Es wird zudem einen eigenen Garagensektor für alternativ betriebene

Tragwerksplanung Das Tragwerk des DC-Towers wurde mit der Finite-ElementeMethode berechnet. Hierbei überprüften die Verantwortlichen mithilfe eines virtuellen dreidimensionalen Gittermodells, ob das Gebäude sämtlichen anfallenden Einwirkungen standhält. Damit konnten sie dessen Form und Funktion optimieren. Obwohl die mit der Errichtung beauftragte Max Bögl Bauservice GmbH bereits einige Großbaustellen meisterte, betritt sie nach eigenen Angaben beim DC-Tower konstruktives Neuland. Die Herausforderung liegt im Bau einer reinen Stahlbetonkonstruktion, die höchsten statischen Anforderungen gerecht werden muss. Um diese Aufgabe zu meistern, greift das Bauunternehmen auf hochfesten Beton (zum Beispiel C 70/85) zurück, der mit dem Zement CEM II/A-LL 42,5R/CEM II/A-S 42,5N der Firma Holcim hergestellt wird.

Zement

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Höchstes Gebäude Östereichs in unmittelbarer Donaunähe: Der DC-Tower Nr. 1

Dieser Zement zeichnet sich durch eine gute Früh- und Endfestigkeit aus, wobei er das Wasserrückhaltevermögen verbessert und damit die Gefahr der Entmischung reduziert. Eigenschaften, die beim 248 m hohen DC-Tower besonders wichtig sind, da der Beton mithilfe stationärer Pumpen über weite Strecken befördert werden muss. Zudem ist es Aufgabe der Verantwortlichen die Verarbeitbarkeit des Frischbetons trotz hoher Festigkeitsanforderung sicher zu stellen. Dementsprechend wichtig ist die Wahl des richtigen Zementes in Kombination mit den entsprechenden Zusatzmitteln.

(Fotos: Holcim)

Betontechnologie

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Ende der Betonierarbeiten: Ende 2012; geplante endgültige Fertigstellung: Mitte 2013. Der gigantische DC-Tower wird dann alle Gebäude Österreichs um Längen überragen und sich vielleicht zu Wiens neuem Wahrzeichen entwickeln.

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Um seinen Kunden dabei zu helfen, den für sie geeigneten Zement zu finden und einen bestmöglichen Service zu bieten, hat Holcim das „Technical Competence Center“ eingerichtet. Hier bündelt das Unternehmen langjährige Erfahrung, Betonfachkenntnisse und modernste technische Ausstattung. Darüber hinaus arbeitet es eng mit anderen Firmen der Branche, wie zum Beispiel dem Zusatzmittelhersteller Mapei-Betontechnik, zusammen. Beim DC-Tower lieferte Mapei den Verzögerer und den Luftporenbildner sowie das Fließmittel. Produkte, die zum Teil auch in der Bodenplatte eingesetzt wurden. Diese verlangte mit ihrer Dicke von vier Metern und der anfallenden Bewehrung gigantische Leistungen von den ausführenden Unternehmen.


BAU 2013 Bodenplatte Beispielsweise mussten die Baustellenmitarbeiter Bewehrungsstahl mit einem Durchmesser von bis zu 40 Millimetern installieren, um den 250.000 Tonnen schweren DC-Tower sicher zu gründen. Zudem waren rund 12.000 Kubikmeter Beton einzubringen, was nur realisierbar war, indem fünf Tage lang durchgehend gearbeitet wurde. Dabei hatten die Verantwortlichen unter anderem darauf zu achten, dass die Hydratationswärme nicht zu sehr anstieg, da sonst die Gefahr der Bildung von Schwindrissen bestand. Bei der Bodenplatte entschieden sich die Verantwortlichen für die Betonsorte C25/30 (90) BS1B. Diese wurde entsprechend den Richtlinien als „Weiße Wanne“ ausgearbeitet. Mittlerweile ist die Silhouette des Hochhauses schon von weitem zu erkennen. Die Betonierarbeiten werden Ende 2012 beendet und die endgültige Fertigstellung des Gebäudes ist für Mitte 2013 geplant. Dann wird der gigantische DC-Tower alle Gebäude Österreichs um Längen überragen und sich vielleicht zu Wiens neuem Wahrzeichen entwickeln. Weitere Informationen: Zementlieferant: Holcim (Wien) GmbH, Franzosengraben 7, A-1030 Wien, Ansprechpartner: Herr Marco Haberhauer, Innovationen & Techn. Marketing, Tel. +43 (1)889 03 03, Fax: +43 (1)889 03 03/30, marko.haberhauer@holcim.com, www.holcim.co.at

Betondecken: Leichtbau für wertoptimierte Gebäude Auf der „BAU 2013“ präsentiert sich der Hohlkörperdecken-Spezialist Cobiax im neuen Standdesign. Im Mittelpunkt des Messeauftritts stehen dabei die „Slim-Line“- und „Eco-Line“-Hohlkörpermodule für Stahlbetondecken. Deren Prinzip ist so einfach wie wirkungsvoll: Hohlkörper aus 100-prozentig recyceltem Kunststoff werden in den Decken verbaut, verdrängen den Beton und verringern somit das Deckengewicht um bis zu 35 %. Auf diese Weise sind geringere Dicken und höhere Spannweiten möglich. Durch die Materialeinsparungen ist der Einsatz der Module kostenneutral und oftmals sogar günstiger. Die statische Leistung der Decken bleibt vollumfänglich erhalten. Als erstes und laut Hersteller bisher einziges Hohlkörpersystem sind die Eco-LineModule vom Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt Z-15.1282) bauaufsichtlich zugelassen – in Deckenstärken von 30 bis 60 cm. Zur BAU 2013 erfolgt jetzt auch die Zulassung der SlimLine-Module, welche für Deckenstärken von 20 bis 35 Zentimetern ausgelegt sind.

Zusatzmittel-Lieferant: MAPEI Betontechnik GmbH, Grazer Straße 80, A-8665 Langenwang, Tel. +43 (0)3854 25101-0, Fax +43 (0)3854 2510140, office@betontechnik.at, www.betontechnik.at, www.mapei-betontechnik.at

BAU 2013: Halle A5, Stand 502 Ausführendes Unternehmen: Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG, Postfach 1120, D-92301 Neumarkt, Tel. (0 91 81) 9 09-0, info@max-boegl.de, www.max-boegl.de

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Nun auch mit bauaufsichtlicher Zulassung: Cobiax-Hohlkörpermodule der Bauart „Slim-Line“ für Deckenstärken von 20 bis 35 Zentimetern

Wichtig für die ganzheitliche Nachhaltigkeitsbetrachtung Betondecken sind die mit Abstand größten Massen- und Volumenträger im Rohbau. Daher bieten sie auch das höchste Poten-


BAU 2013    

             

 

       

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zial bei der Einsparung von Ressourcen und Material. Dieser Aspekt gewinnt insbesondere vor dem Hintergrund einer ganzheitlichen Nachhaltigkeitsbetrachtung von Gebäudekonstruktionen zunehmend an Bedeutung. Die international patentierten HohlkĂśrpermodule leisten hierbei einen entscheidenden Beitrag. Verglichen mit der massiven Stahlbetonbauweise reduzieren sie die umwelttoxischen Schadstoffe um bis zu 20 %. Diesen Eigenschaften folgend präsentiert sich das Unternehmen auf der „BAU 2013“ in MĂźnchen mit einem neuen Standdesign, das insbesondere den Aspekt der Nachhaltigkeit in den Vordergrund stellt.

HohlkĂśrpermodule mit Zulassung

Mehrwert ohne wenn und aber Der Rßckgriff auf Cobiax-HohlkÜrpermodule bringt Anwendern und Planern eine Vielzahl von Vorteilen, ohne dabei Berechnung oder Verarbeitung zu komplizieren. So sind alle gängigen Normen- und Regelwerke fßr die statische Bemessung von Stahlbetondecken kompatibel mit der Cobiax-Technologie, wodurch sich in der Planungsphase kein Mehraufwand ergibt. Auch bei der Ausfßhrung der Arbeiten auf der Baustelle zeigt die Technologie ihre Stärken: Geliefert in vorgefertigten BewehrungskÜrben von max. 2,5 m Länge, lassen sie sich auf der Baustelle einfach installieren. Dabei werden sie direkt zwischen der unteren und oberen Bewehrung platziert. Die Materialeinsparungen machen das System bereits auf Deckenebene vollständig kostenneutral und oftmals sogar gßnstiger. 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

BAU 2013: Halle A1, Stand 127

(Bilder: Cobiax)

Seit inzwischen acht Jahren bietet Cobiax seine Eco-Line-Module fßr Deckenstärken von 30 bis 60 cm an. 2010 erhielten diese eine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Institutes fßr Bautechnik (DIBt). Darßber hinaus hat Cobiax die sogenannten Slim-Line-HohlkÜrpermodule fßr Deckenstärken bis maximal 35 cm entwickelt. Auch fßr diese Module mit verringerter BauhÜhe erfolgte nun die bauaufsichtliche Zulassung. Cobiax-HohlkÜrpermodule verringern dank ihres Volumens nicht nur die benÜtigte Betonmenge in der Decke um bis zu 35 %: Zusätzlich kÜnnen durch ihre geringe Eigenlast auch bis zu 20 % der Stahlbewehrung eingespart werden. Dabei verfßgt eine Cobiax-HohlkÜrperdecke ßber dasselbe mechanische Tragverhalten wie eine massive Stahlbetondecke. Das verringerte Deckengewicht und ein verbesserter Wirkungsgrad ermÜglichen es zudem, alle tragenden Elemente des Gebäudes geringer zu dimensionieren. Damit eignen sich Cobiax-HohlkÜrperdecken auch bei schlechtem

Baugrund mit begrenzter Tragfähigkeit, schwach dimensionierten Fundamenten und fßr die wirtschaftliche Sanierung und Aufstockung von Bestandsgebäuden.

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Cobiax Eco-Line: Die HohlkÜrpermodule verdrängen den Beton und verringern somit das Deckengewicht und sparen energieintensive Baustoffe ein

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Leicht und handlich: Dank einer maximalen Länge von 2,5 Metern lassen sich Cobiax-HohlkÜrpermodule von Hand auf der Baustelle verlegen


BAU 2013

Die Messepräsenz des Bundesverbandes Leichtbeton (Neuwied) und seiner Mitgliedswerke auf der „BAU 2013“ steht ganz im Zeichen der Nachhaltigkeit. Und dies nicht ohne Grund: Die Herstellung von Leichtbeton erfordert deutlich weniger Primärenergieeinsatz verglichen mit anderen massiven Wandbaustoffen. Auch in der Lebenszyklusanalyse bieten Mauersteine, Elemente und Lärmschutzwände aus Leichtbeton entscheidende Ăśkologische Vorteile, wie aktuelle Umwelt-Produktdeklarationen des „Institutes Bauen und Umwelt“ (EPD-BVL-2008111-D, EPD-BV 2009211-D und EPD-BVL2012311-D) belegen. Neben der einzigartigen Ă–kobilanz des Baustoffes werden auch Ăśkonomische und soziale Aspekte der Nachhaltigkeit im Vordergrund der Messepräsenz stehen. Interessierte Baufachleute kĂśnnen sich im Januar in MĂźnchen am Messestand 329 in Halle A2 Ăźber alle nachhaltigen Produkte und Aktivitäten der deutschen Leichtbeton-Industrie informieren. Auch auf der BAU 2013 präsentiert der Bundesverband Leichtbeton wieder Baustoffe, Systeme und Dienstleistungen seiner Mitgliedsunternehmen an einem gemeinsamen Messestand. Unter dem Leitthema „Nachhaltigkeit“ kĂśnnen sich diesmal interessierte Messebesucher am Gemeinschaftsstand Ăźber die jĂźngsten Entwicklungen informieren.

(Foto: Bundesverband Leichtbeton e.V. (Meier Betonwerke))

Graue Steine fĂźr „grĂźne Wände“

Wärme- und Schalldämmung inklusive: Dank eines breiten Produktspektrums bietet die deutsche Leichtbeton-Industrie den richtigen Baustoff fßr jedes Bauvorhaben.

Weitere Informationen: Bundesverband Leichtbeton e.V., Sandkauler Weg 1, 56564 Neuwied, Tel. (0 26 31) 35 55 50, Fax (0 26 31) 3 13 36, info@leichtbeton.de, www.leichtbeton.de

Der entscheidende Unterschied Das Hauptaugenmerk der Messepräsenz wird auf den Themen Nachhaltigkeit und Ökologie liegen. Umwelt-Produktdeklarationen (EPD) liegen mittlerweile fßr alle Produktgruppen aus Leichtbeton vor. Baustoffe lassen sich so transparent und einheitlich hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit vergleichen. Wie aktuelle Analysen belegen, schneidet Leichtbeton dabei exzellent ab. Der Hauptgrund liegt in der energieeffizienten Herstellungsweise: Leichtbeton ist ein mineralischer Baustoff, dem bei der Trocknung keine Energie zugefßhrt werden muss. Dank der mineralischen Hauptbestandteile kann auf ein energieintensives Brennen oder Härten des Endproduktes im Ofen vollständig verzichtet werden. Zudem wird weitgehend auf Zement mit reduzierten Klinkergehalten zurßckgegriffen – beispielsweise auf Puzzolanzement (Trass-Zement). So ist eine reine Lufttrocknung der Mauersteine ausreichend. Auch beim Abbau und der Herstellung der Hauptbestandteile wird wertvolle Energie eingespart: Kurze Anfahrtswege zu den Abbaugebieten sowie der Rßckgriff auf natßrliche Rohstoffe minimieren den Verbrauch fossiler Energieträger. Dabei sind unter Aspekten der Ökobilanz und des Primärenergieverbrauches selbst Leichtbetone mit industriell hergestellten mineralischen Zuschlagstoffen – beispielsweise Blähton oder Blähglas – deutlich besser als andere massive Wandbaustoffe.

Nachhaltig Ăźber den gesamten Lebenszyklus Die neuen, vergleichbaren Werte bestätigen die Leichtbeton-Industrie in ihrem Vorhaben, einen umweltverträglichen Baustoff anzubieten, der zugleich hĂśchste statische und energetische Anforderungen erfĂźllt. Eine nachhaltige Produktion beschränkt sich jedoch nicht alleine auf die Ăśkologische Verträglichkeit: Der Verband legt in der gesamten WertschĂśpfungskette groĂ&#x;en Wert auf soziale Verantwortung und vorausschauende Ăśkonomische Entscheidungen. Seinen ganzheitlichen Ansatz fĂźr nachhaltiges Bauen wird der Bundesverband Leichtbeton daher auf einer eigenen Pressekonferenz während der Messe vorstellen.

BAU 2013: Halle A2, Stand 329

Hast Du uns vermisst? Ja? Wir Dich auch!  ! "# !  # #    #" $   %  %$ #" Sie & ' #'  In der Halle A4  Stand 430 ()   !  *  #  #" '  "  # ( #$ +, - .$ ' # /  BAU 2013   0#  1&'  Wagener Bauartikel GmbH                        www.wba.de  moin@wba.de

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ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN

Qualität erhalten und Kosten sparen Eine aktuelle Diplomarbeit beschreibt den Weg zu einer werthaltigen und wirtschaftlichen Instandsetzung von Betonbauwerken und beweist: Eine qualitätsvolle, objektbezogene Betoninstandsetzung auf Basis der gültigen Regelwerke ist wirtschaftlicher als die einfache Sanierung, bei der oft nur die sichtbaren Schäden behoben werden. Langfristig anfallende Kosten für Nacharbeiten, die bei den vermeintlich preiswerten, einfachen Sanierungen häufig schon nach kurzer Zeit nötig werden, können dauerhaft eingespart werden, wenn sofort richtig instand gesetzt und dabei die Schadensursache behoben wird. Eine qualitätsvolle Instandsetzung ist gleichzeitig nachhaltig, da sie die Lebensdauer von Bauwerken deutlich steigert. Einst als Baustoff für die Ewigkeit gepriesen, zeigt sich jetzt, dass Bauwerke aus Beton oder Stahlbeton durchaus endlich sind. Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen von Betonbauwerken gewinnen in der Bauwirtschaft daher immer mehr an Bedeutung.

Vermeintlich preiswerte Lösung oft Debakel Je nach Alter weisen die Objekte Risse und Korrosionsschäden auf, die chemische, physikalische oder mechanische Ursachen

haben. Weil es vermeintlich billiger ist, werden diese Schäden oft nur oberflächlich beseitigt. Tiefgreifende und objektbezogene Instandsetzungsmaßnahmen finden aus Kostengründen in den seltensten Fällen statt. Mit der Folge, dass bei 25 % aller Instandsetzungsmaßnahmen bereits direkt nach Fertigstellung geringere Schäden in Form von Rissen auftreten. Bei weiteren 25 % der Instandsetzungsmaßnahmen sind die unmittelbar nach Abschluss der Arbeiten festgestellten Schädigungen so gravierend, dass eine sofortige Nachbesserung erforderlich ist. Damit wird die vermeintlich preiswerte Lösung oft zu einem finanziellen Debakel. Denn Folgeschäden produzieren nicht nur große Risiken, sondern auch hohe und teilweise unkontrollierbare Kosten. Bei einer grundlegenden Betoninstandsetzung, bei der die Schadensursache beseitigt wird, wären diese Kosten nicht angefallen. Eine Diplom-Arbeit, die jetzt unter dem Titel „Wirtschaftliche und werthaltige Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen für Beton- und Qualitätssicherung aller am Bau Beteiligten“ an der Fachhochschule Mainz, Lehreinheit Bauingenieurwesen, vorgelegt wurde, kommt zu dem Ergebnis, dass die auf den ersten Blick teurere Lösung einer qualitätsvollen Betoninstandsetzung auf Basis der gültigen Regelwerke auf lange Sicht gesehen die kostengünstigere Variante ist. Sie ist, wie die Verfasserin, Bettina Schwarzkopf, darlegt, wirtschaftlich durch langfristige Einsparungen und nachhaltig, da sie die Lebensdauer der Bauwerke deutlich steigert. Von Anfang an ist damit eine Kostenkontrolle und somit Kostensicherheit gegeben. Überraschungen durch Fehleinschätzungen, die oft erhebliche Mehrausgaben nach sich ziehen, werden so vermieden. Allerdings, so Schwarzkopf: „Der Bauherr muss zunächst Geld investieren, um künftig Geld zu sparen und um Qualität zu erhalten.“

Vielfältige Gründe für oftmals unzureichende Qualität

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Schadstellen im Beton, teilweise mit freiliegendem Bewehrungsstahl. Foto: Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V.)

Die Gründe für die oftmals unzureichende Qualität der Instandsetzungsausführung sind vielfältig. Oft werden die in den einschlägigen Regelwerken (z. B. die Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen des deutschen Ausschusse für Stahlbeton) aufgeführten Regeln nicht bzw. nur unvollständig angewandt und mangelhaft ausgeführt. Die Autorin nennt aber auch den Einsatz von falschen bzw. minderwertigen Materialien, fehlende Objektanalysen sowie eine mangelhafte oder auch gar nicht erstellte Planung. Außerdem fehlt bei fast allen Instandsetzungsmaßnahmen die Überwachung der Ausführung. „Wenn die Vergabe einer Instandsetzungsmaßnahme ohne jegliche Prüfung der Bausubstanz und ohne ein Instandsetzungskonzept und dem daraus folgenden Instandsetzungsplan erfolgt ist,“ so die Autorin, „können für den Auftraggeber sowie für den Auftragnehmer erhebliche finanzielle und technische Probleme entstehen.“ Der Arbeit zufolge ist eine werthaltige und wirtschaftliche Instandsetzung von Betonbauwerken an bestimmte Voraussetzungen gebunden. – Abstimmung der Baustoffe mit dem Bestand Die Betongüte und Oberflächenbeschaffenheit müssen vor einer Maßnahme bestimmt und definiert werden.

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Schadstellen im Beton, teilweise mit freiliegendem Bewehrungsstahl.

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– Detaillierte Bestandsaufnahme Die Analyse des genauen Zustands des Bauwerks und die Bestimmung der Schadensursachen ist die Basis für die weitere Planung. Es reicht nicht aus, die Schäden zu beseitigen. Vielmehr müssen die Ursachen der Schäden bestimmt werden. Nur


ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN

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Vorbereitung einer Instandsetzungsarbeiten: Bohrkernentnahme.

so kann eine werthaltige und wirtschaftliche Lösung gewährleistet werden. – Festlegung des gewünschten Ziels der Instandsetzung Dies ist Voraussetzung für ein objektbezogenes Instandsetzungskonzept sowie für eine detaillierte Instandsetzungsplanung. – Leistungsbeschreibung Die Leistungsbeschreibung ist Ergebnis der voraufgegangenen Festlegung des Instandsetzungsziels. Sie ist Basis für die Ausschreibung und gilt bei der Ausführung als Vertragsgrundlage. Nur wenn dem ausführenden Unternehmer eine fachlich richtige und ausführliche Leistungsbeschreibung als Arbeitsgrundlage zur Verfügung steht, kann er hohe Qualität in Form von richti-

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Brückenunterseite mit Korrosionsschäden.

ger Instandsetzung sowie durch den Einsatz hochwertiger Materialien garantieren. Die Leistungsbeschreibung ist gleichzeitig die Basis für eine genaue Kostenkalkulation. Je genauer und sorgfältiger die Planung, umso besser können die Kosten kalkuliert werden. Unerwartete Kostensteigerungen oder gar ein – teurer - nachtragsbedingter Stillstand bzw. Bauzeitverzögerungen durch die Stellung von Nachträgen können so vermieden werden. – Überwachung der Ausführung Auch die beste und detaillierteste Planung gewährleistet nicht, dass ein nachhaltiges und zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wird. Vielmehr muss die Ausführung kontrolliert und dokumentiert werden, um Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beseiti-

Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V. Die Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken stellt sich vor Die Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V. (ib) versteht sich als bundesweites Kompetenzcenter für den Schutz und die fachgerechte Instandsetzung von Betonkonstruktionen. Neun Landesgütegemeinschaften und die Bundesgütegemeinschaft Betonflächeninstandsetzung (BFI) haben sich zur ib zusammengeschlossen. Rund 250 Unternehmen stehen mit ihrer Mitgliedschaft für Qualität und Sicherheit in der Betoninstandsetzung ein. Die ib bietet ihren Mitgliedern Informationen zu fachgerechter Betoninstandsetzung, Weiterbildung sowie zu Richtlinien und gesetzlichen Vorgaben. Über die Internetseite www.betonerhaltung.com können Planer und Auftraggeber Kontakt mit qualifizierten Mitgliedsunternehmen in ihrer Region aufnehmen. Höchste Qualität durch doppelte Sicherung In dem über 20-jährigen Bestehen hat die ib Standards mitentwickelt, die die Güte von Betoninstandsetzungen sicherstellen und transparent machen. Dazu zählt das Prinzip der Eigen- und Fremdüberwachung, dem sich die Mitglieder verpflichtet haben. Für die Fremdüberwachung unterhält die ib eine eigene Prüf- und Überwachungsstelle, welche sowohl vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) als auch vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) anerkannt ist. Sie vermittelt und koordiniert den Einsatz unabhängiger Güteschutzbeauftragter, deren Berichte für die Vergabe des „ib“-Gütezeichens ausschlaggebend sind und für die Bauabnahme mit herangezogen werden sollten. Das vom Deutschen Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.V. (RAL) zertifizierte Zeichen steht für fachgerechte Verarbeitung und höchste Qualität in der Betoninstandsetzung. Die ib unterstützt mit dem System aus Eigen- und Fremdüberwachung Architekten und Ingenieure bei der Bauüberwachung. Vorher muss jedoch ein sachkundiger Planer die Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen entsprechend der Instandsetzungs-Richtlinie konzipieren. Partner für langfristige Werterhaltung Voraussetzung für eine dauerhafte Instandsetzung ist die Umsetzung eines Instandhaltungsplans, nach dem das Bauwerk entsprechend der Instandsetzungs-Richtlinie regelmäßig überprüft wird. Die ib versteht sich hierbei als Partner: Im Idealfall entwickeln die Experten der Bundesgütegemeinschaft zusammen mit dem sachkundigen Planer ein geeignetes Verfahren. So steht auch nach Abschluss der Arbeiten das Know-how der ib für eine langfristige Werterhaltung zur Verfügung. Ihr Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Hans Joachim Rosenwald (Geschäftsführer) Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V. Nassauische Straße 15 ■ 10171 Berlin ■ Telefon: (030) 86 00 04-891 ■ Fax: (030) 86 00 04-43

www.betonerhaltung.com

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ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN

(Fotos: 1–3 Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V.; 4 u. 5 Rita Jacobs)

Feuerwache bei laufendem Betrieb umgebaut und erweitert Ständige Alarmbereitschaft: Wenn die Sirene ertönt, müssen sich Mensch und Fahrzeuge unverzüglich in Marsch setzen können. Eine Feuerwache bei laufendem Betrieb umzubauen und zu erweitern bedeutet daher für Planer und Bauausführende eine erhebliche Herausforderung. In der Stadt Hilden im Kreis Mettmann klappte es. IDK Kleinjohann GmbH & Co. KG, Beratende Ingenieure, hatte an dem Kunststückchen maßgeblichen Anteil. Fast 6 Mio. € investierte Hilden in den Umbau und die Erweiterung der Feuerwache der Berufsfeuerwehr, um die Infrastruktur der Hilfsorganisation zu verbessern. 50 Mitarbeiter zählt die Feuerwehr. Ihr Fuhrpark besteht aus 26 Einsatzfahrzeugen, Rettungs- und Kommandowagen, Drehleiter, Tanklöschfahrzeuge, usw. Bild 5

Brückenunterseite mit sanierten Korrosionsschäden.

gen. Nur durch eine Überwachung wird sichergestellt, dass Planung und Leistungsbeschreibung auch tatsächlich eingehalten bzw. umgesetzt werden.

Als Architekt war das Düsseldorfer Büro Buddenberg Architekten beauftragt. IDK Kleinjohann GmbH & Co. KG Köln, Beratende Ingenieure für das Bauwesen, wurde mit den Leistungsphasen 1-6 HOAI – also von der Grundlagenermittlung bis zur Ausführungsplanung – in der Disziplin Tragwerksplanung betraut. Außerdem erarbeitete der Tragwerksspezialist als be-

– Sachkundiger Planer Ein sachkundiger Planer sollte von Anfang an in die Maßnahme integriert werden. Er gewährleistet die Erstellung einer fachlich richtigen und lückenlosen Leistungsbeschreibung und leistet die Bauüberwachung. Für eine detaillierte Bestandsaufnahme sowie für die Erstellung eines objektbezogenen Konzeptes und einer ausführlichen Leistungsbeschreibung sollte ihm ausreichend Zeit zur Verfügung gestellt werden. Grundsätzlich gilt, so das Fazit der Autorin, je genauer eine Planung ist und je besser die Überwachung erfolgt, desto höher sind die Qualitätseigenschaften eines instand gesetzten Bauwerks: „Eine wirtschaftliche und werthaltige Schutz- und Instandsetzungsmaßnahme kann nur dann erfolgen, wenn alle am Bau Beteiligten ihren Beitrag zur Qualitätssicherung leisten.“ Weitere Informationen: Bundesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken e.V., Nassauische Str. 15, 10717 Berlin, Tel. (0 30) 86 00 04-8 91, Fax (0 30) 86 00 04-43, info@betonerhaltung.com, www.betonerhaltung.com

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Einfahrt Feuerwache Hilden

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Der zweigeschossige, nicht unterkellerte Neubau aus Stahlbeton misst ca. 45,00 m in der Länge und ca. 13,50 m in der Breite (auskragend bis ca. 15,50 m)


ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN den Bauzustand. Die Bodenplatte der Waschhalle wurde in FD Qualität ausgeführt und erhielt aufgrund der Funktion des Gebäudes einige Einbauten. Dementsprechend wurde die Bodenplatte für eine Belastung von 16 t (Brückenklasse 16/16) ausgelegt.

(Fotos: IDK Kleinjohann)

Architektonisches Highlight

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Verbindungsflur – Eingang zum Hof

sondere Leistungen die Nachweise für den Brandschutz und den Wärmeschutz nach EnEV.

Komplettes Stahlbetongebäude Die Änderung der Zufahrt bildete den Auftakt der Baumaßnahmen. So entstand durch den Rückbau des neben dem Feuerwehrturm befindlichen, eingeschossigen Gebäudeteils eine neue breite Zufahrt. Im Keller des abgerissenen Hauses ist allerdings die Schlauchtechnik untergebracht. Um die Kellerdecke für die Bau- und später die Feuerwehrfahrzeuge zu ertüchtigen, wurde sie massiv aufbetoniert und die Fensterstürze verstärkt. Die in den Innenbereich führende, ehemalige Hauptdurchfahrt wurde anschließend geschlossen, um sie später als Hallenstellplatz nutzen zu können. In Verlängerung der vorhandenen, eingeschossigen Hallen wurde nach Abriss einer Gebäudeachse der Bestand um zwei Gebäudeachsen erweitert, bestehend aus einer Fahrzeug- und einer Waschhalle, komplett als Stahlbetongebäude mit mittlerer tragender Stahlbetonwand, nicht unterkellert, eingeschossig mit Abmessungen von ca. 10,96 m × 13,64 m sowie einer Höhe von 6,31 m. Die Gründung erfolgte über Einzel- und Streifenfundamente bis zu 1,20 m Tiefe. Die Waschhalle steht als eigenständiges Gebäude direkt in Verlängerung der Fahrzeughalle mit eigener, lastabtragender Wand. Um sie zu errichten war es aus Platzgründen notwendig, eine Achse der bestehenden Fahrzeughalle abzureißen. Im Bereich der Abrisskante des Altbaus unterfängt die Bestandsbodenplatte

Gegenüber entstand im Hofbereich des Feuerwehrareals als größtes Bauwerk ein zweigeschossiger, nicht unterkellerter Neubau aus Stahlbeton. Er misst ca. 45,00 m in der Länge und ca. 13,50 m in der Breite, auskragend sogar bis ca. 15,50 m breit. Mit seiner markanten Silhouette, der Glasfront und der Farbgebung bildet er nun das sichtbare architektonische Highlight. Das Erdgeschoss dieses Neubaus dient als Aufstellplatz für die größeren Einsatzfahrzeuge. Um die nötige Stützenfreiheit für die Fahrzeugstellflächen gewährleisten zu können, wurden Stützen-RiegelKonstruktionen aus Stahlbeton gewählt. Bei frühzeitiger Planung konnten die haustechnischen Leitungen und Kanäle durch die Riegelkonstruktion geführt werden. Durch die hofseitige Staffelung des Obergeschosses ergab sich eine Terrassenfläche, die sowohl über die Büroräume als auch über die Kantine erreichbar ist. Kantine, Flure und Fahrzeughalle sind mit insgesamt ca. 300 m² Sichtbeton optisch sehr ansprechend ausgeführt. Die Aussteifung des Gebäudes erfolgte über die Längsaußenwand auf der Grundstücksgrenze sowie Stahlbetonquerwände.

Optimierter Gebäudekomplex Insgesamt wurden knapp 1.250 m³ Transportbeton eingesetzt und rd. 115 t Stahl verbaut. Das vorhandene, teilweise unterkellerte alte Feuerwehrgebäude, wurde bis auf einige größere Eingriffe, die sich auf Teilbereiche beschränken, modernisiert. Durch die Anpassung der Haustechnik an die neuen Anforderungen bezüglich Heizung, Sanitär und Elektrik, wurden neue Leitungstrassen erforderlich. Um die Höhe des Lichtraumprofils für die Fahrzeugstellflächen ermöglichen zu können, mussten die neuen Leitungstrassen in einigen Bereichen durch den Rahmenriegel der Bestandshalle geführt werden. Hierzu wurden unter Berücksichtigung der statischen Belange Kernbohrungen vorgenommen.

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ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN Die Infrastruktur des Bestandshauses wurde im Wesentlichen durch Errichtung eines neuen Haupteingangs, der neuen Erschließung des Innenhofs und neue Technikelemente auf der Bestandsdachfläche verbessert. Darüber hinaus wurde das Gebäude wärmedämmtechnisch nach den Vorgaben von IDK auf den neuesten Stand gebracht. Seit Herbst 2011 agiert die Feuerwehr Hilden nun aus einem optimierten Gebäudekomplex aus Neu- und Bestandsgebäuden. Weitere Informationen: IDK KÖLN, Clemensstraße 10, 50676 Köln, Tel. (02 21) 92 16 37 0, Fax (02 21) 92 16 37 59, kontakt@idk-koeln.de, www.idk-koeln.de

Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) an Betonbauwerken Der KKS stellt neben der klassischen Methode des Betonabtrags und Neueinbaus in vielen Fällen eine attraktive Alternative der Instandsetzung dar. Insbesondere, wenn durch Chlorideintrag in den Beton der Passivfilm des Bewehrungsstahls lokal zusammenbricht und dort Korrosion zur Auflösung des Stahls führt, ist KKS oftmals die technisch und wirtschaftlich bessere Lösung. Beim sogenannten Instandsetzungsprinzip K wird mittels einer Fremdanode ein Schutzstrom in den Beton eingespeist, der die Bewehrung einheitlich zur Kathode macht. Gesteuert wird der Schutzstrom durch eine externe Gleichspannungsquelle. Durch den Betrieb eines KKS- Systems gibt es keine anodischen Bereiche der Bewehrung mehr, die Bewehrung ist dauerhaft kathodisch geschützt. Im Folgenden werden drei Beispiele aus der Praxis vorgestellt:

1. Tiefgarage Amerikahaus in Bielefeld Die zweigeschossige Tiefgarage Amerikahaus im Zentrum von Bielefeld wurde 2011 instand gesetzt. Neben umfangreichen Arbeiten der Betoninstandsetzung, Rissverpressung, dem Neuauftrag der Beschichtung und der Markierung sowie den Malerarbeiten auf Grundlage eines Farbkonzepts wurde in einem großen Bereich der Tiefgarage ein KKS- System installiert, um Bewehrungskorrosion zukünftig zu unterbinden. Nach dem Planungsentwurf für den KKS waren die Bodenfläche sowie der gesamte Wandsockel des ersten Untergeschos-

Bild 1. Amerikahaus/Bielefeld – Datenüberwachung Schutzzone 1, Bodenfläche. Darstellung der Treibspannung und Potenzialverläufe aller Referenzelektroden mit Depolarisationsmessung

ses zu schützen. Die Umsetzung dieses Konzepts erfolgte, indem die Bodenfläche von insgesamt 5.000 m² in sieben Schutzzonen unterteilt und der Wandsockel als Schutzzone acht in das System eingebunden wurde. Als Anodensystem wurden mischoxidbeschichtete Titanbandanoden gewählt, welche nach einem festgelegten Verlegeschema auf den Bodenflächen und an der Wand installiert wurden. Der Abstand der Anodenbänder zueinander wurde auf Grundlage des Bewehrungsgehalts und der angestrebten Schutzstromdichten berechnet und den jeweiligen Verlegebereichen angepasst. Für die permanente Überwachung der Bewehrungspotenziale wurden an ausgewählten Stellen sogenannte Referenzelektroden in den Beton eingebaut, um die Funktion des KKSSystems zu prüfen und ggf. korrigierende Einstellungen an den Schutzstromgeräten vornehmen zu können. Die Inbetriebnahme der KKS-Anlage erfolgte am 16.05.2011. Die Überwachung und Wartung der Anlage wird von der Firma Züblin durchgeführt. Die Einhaltung der Schutzkriterien nach DIN EN 12696 Kapitel 8.6 kann in allen Schutzzonen nachgewiesen werden.

Bautafel: Bauherr:

H. F. S. Immobilienfonds Deutschland11 GmbH Planungsbüro: Ingenieurgesellschaft Fahlbusch mbH Überwachung KKS: Ingenieurbüro Raupach Bruns Wolff GmbH & Co. KG Ausführung: Ed. Züblin AG, 2010–2011

2. TG WEG Kulturstraße in Freising Die Tiefgarage WEG Kulturstraße mit einer Größe von rund 1.400 m² gehört als Parkfläche zum über der Garage liegenden Mehrparteienhaus. Die Ein- und Ausfahrt erfolgt über eine Rampe, die am oberen Ende mit einem Automatiktor abschließt und auf den zum Grundstück gehörenden Privatweg mündet. Im Rahmen der Instandsetzung der Garage war vorgesehen, sämtliche Wand- und Stützensockel sowie die gesamte Bodenfläche einschließlich der dort gelegenen Fugen durch KKS

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(Abb./Fotos: Züblin)

ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN

Bild 2. Amerikahaus/Bielefeld – Verlegte Titanbandanode auf der Bodenfläche und am Wandsockel (Hintergrund)

Bild 4. Hügelstraße/Darmstadt – Parkhaus nach Fertigstellung, KKS- Schutz an Stützen- und Brüstungssockeln sowie Bodenflächen

3. PH Hügelstraße in Darmstadt

Bild 3. WEG/Freiburg – Verlegte Titangitternetzanode auf der Bodenfläche

zu schützen. Die Einbettung der Titanbandanode an den aufgehenden Bauteilen erfolgte mit einem SPCC mit entsprechendem Eignungsnachweis für den Einsatz bei KKS. Die Einbettung der Gitternetzanode am Boden wurde mit einem speziell für dieses Projekt konzipierten Beton realisiert. Die in den Bodenfugen installierten Diskretanoden sollten die Schutzwirkung des KKS in die Tiefe, also auf den Flanken der Fuge, sicherstellen. Sie wurden vor Einbau des Betons am Boden mit einem Spezialmörtel vergossen. Dabei war die Anforderung an den Beton für die Bodenfläche, geeignete elektrolytische wie mechanische Eigenschaften für die Eignung als Anodeneinbettung vorzuweisen und darüber hinaus so konzipiert zu sein, dass er als ein zur Gefälleausbildung geeignetes Produkt unbewehrt in Schichtstärken von 20 mm bis 150 mm eingebaut werden konnte. Nicht zuletzt sollte die Betonfläche als unbeschichtete Fahr- und Parkfläche dienen. Auf ein Oberflächenschutzsystem wurde aufgrund des installierten KKS verzichtet. Die Instandsetzung der Tiefgarage erfolgte in nur acht Wochen, die Inbetriebnahme der KKS- Anlage erfolgte am 11.01.2011. Systemüberwachung und Wartung obliegen der Firma Züblin.

Das im Jahr 1969 erbaute Parkhaus Hügelstraße in Darmstadt weist in vier Obergeschossen insgesamt acht Parkdecks auf, die jeweils um eine halbe Geschosshöhe versetzt zueinander angeordnet sind. Die Zu- und Ausfahrt in das 1. Obergeschoss hinaus bzw. aus diesem heraus erfolgt über zwei baulich getrennte, übereinander verlaufende Spindelrampen. Die Verbindung der Parkdecks untereinander ist gleichfalls durch getrennte Aufund Abfahrtsrampen sichergestellt. Neben der Komplexität der KKS-Anlage mussten bei der Planung und Umsetzung auch vorgespannte Stützen beachtet werden, welche bei der Überwachung aufgrund von besonderen Betriebsanforderungen als getrennte Schutzzone betrieben werden. Lange Wege für Datenübertragung, Steuerung und Kommunikation, des Weiteren die Ertüchtigung des Parkhauses mit Hinblick auf Brandschutz und Standsicherheit, waren weitere Herausforderungen, die schließlich gemeistert werden konnten. Die gut 8.500 m² große Boden- und Brüstungsfläche mit zusätzlich 125 Stützensockeln umfassende KKS-Anlage wurde Anfang Juni 2011 in Betrieb genommen. Seither erfolgt die Datenfernüberwachung über einen mobilen Telefonanschluss, wodurch auch eine Nachregelung der Anlage jederzeit möglich ist.

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ERHALTUNG – VERSTÄRKUNG – INSTANDSETZUNG – KORROSIONSSCHUTZ VON BETON- UND STAHLBETONBAUWERKEN Bautafel: Bauherr: Planungsbüro: Ausführung: Statikbüro:

Instandsetzungsrichtlinie nicht ausreichend berücksichtigt UBS Real Estate KAG mbH Renoplan GmbH & Co. KG Ed. Züblin AG, 2009–2011 Martin Seyffer Tragwerksplanung, Bauen im Bestand

Autor: Hernani Esteves, Co-Autor: Sebastian Mayer, beide Züblin AG, Direktion Stuttgart, Bereich Bauwerkserhaltung, Stuttgart Literatur: – DIN EN 12696 kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton. – Enwurf KKS- System TG Amerikahaus Bielefeld, Ed. Züblin AG, 12/2010 – Enwurf KKS- System TG WEG Kulturstraße 21 Freising, Ed. Züblin AG, 12/2010 – Entwurf KKS- System PH Hügelstraße Darmstadt, Ed. Züblin AG, 06/2011

Weitere Informationen: Ed. Züblin AG, Albstadtweg 3, 70567 Stuttgart, Tel. (0711) 78 83-0, Fax (0711) 78 83-3 90, info@zueblin.de, www.zueblin.de

Das Baustellenfachpersonal wird seit vielen Jahren in SIVVLehrgängen (Schützen, Instandsetzen, Verbinden und Verstärken von Betonbauteilen) qualifiziert. Entsprechend gibt es zur Qualitätssicherung in den Regelwerken Festlegungen im Hinblick auf eine Eigen- und Fremdüberwachung der ausgeführten Betoninstandsetzung. Die Anforderungen der Instandsetzungsrichtlinie an den Ingenieur, bzw. eine sachkundige Planung werden hierbei jedoch bislang nicht ausreichend berücksichtigt. Die bauaufsichtlich eingeführte Instandsetzungsrichtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton ist zwar als Basisrichtlinie von der Ist-Zustands-Ermittlung über die sachkundige Fachplanung bis hin zur qualitätsgesicherten Ausführung von Beton- und Stahlbetonbauwerken zu sehen, gleichwohl treten bei zahlreichen Betonbauwerken, wie abwasserberührten Bauteilen, Kaminen, Wasserbehältern und Verkehrsbauwerken Schadenserscheinungsformen auf, die sowohl für den sachkundigen Planer als auch für die Führungskraft des fachkundigen Unternehmens Kenntnisse erfordern, die nicht durch bestehende Qualifikationen abgedeckt werden.

Zweistufige Lehrgänge schließen Kenntnislücken

Anforderungen an den Sachkundigen Planer bei der Betoninstandhaltung Die sachkundige Planung ist neben einer qualitätsgerechten Bauausführung entscheidend für den Erfolg und die Nachhaltigkeit von Betoninstandhaltungsmaßnahmen. Diese Maßnahmen bedeuten für den Auftraggeber in der Regel einen hohen Kostenaufwand, umso mehr muss deren Qualität gewährleistet sein. Wichtiger als die Kostenfaktoren sind hierbei sicherlich noch die Kriterien an die Standsicherheit und die Gefährdungsvermeidung der Bauwerke. Die hohen Anforderungen an die Betoninstandhaltungsmaßnahmen verlangen nach einem qualifizierten Planungs-, Qualitätssicherungs- und Kostenmanagement. Nach nationalem Baurecht ist der Auftraggeber als Bauherr verpflichtet, zur Schadensfeststellung und Instandsetzungsplanung einen sachkundigen Planer einzuschalten. Damit überträgt der Auftraggeber einen Teil der bauordnungsrechtlichten Pflichten (z. B. Abwehr von Gefahren, die aufgrund von Substanzmängeln von seinem Bauwerk ausgehen oder künftig ausgehen können), auf den sachkundigen Planer.

Die bei den genannten Bauwerken unter normaler Betriebsbeanspruchung häufig feststellbaren Schadenserscheinungsformen wie Hydrolyse, Sulfatangriff, Spannungsrisskorrosion u. a. stellen für den sachkundigen Planer in der Regel eine besondere Herausforderung dar. Um die offensichtlichen vorhandenen Kenntnislücken zu schließen, haben die unterschiedlichsten Industrieverbände (Energieversorgungsunternehmen, Unternehmen in der Wasserwirtschaft u. a.) zwischenzeitlich zahlreiche Regelwerke z. B. in Form von Merkblättern und Richtlinien erarbeitet, deren Kenntnis sowohl für die sachkundige Planung als auch für die qualitätsgesicherte Ausführung notwendig ist. Um diese Regelwerke sowie praxiserprobtes Fachwissen bei Arbeiten zum Schutz und zur Instandhaltung von Betonbauwerken zu vermitteln hat die BZB Akademie mit Sitz in Krefeld, in Zusammenarbeit mit anerkannten Persönlichkeiten aus dem Bereich der Betoninstandsetzung, den Fortbildungslehrgang: „Zertifizierter Sachkundiger Planer für Betoninstandsetzung“ ins Leben gerufen. Die auf hohem fachlichen Niveau stehenden Lehrgänge setzen eine mehrjährige Berufserfahrung der Teilnehmer voraus. Sie sind zweistufig aufgebaut und schließen in der ersten Stufe nach 72 Lehreinheiten (an vier Wochenenden) mit der Prüfung zum zertifizierten sachkundigen Planer für Betoninstandhaltung ab. In der zweiten Stufe können drei Aufbaumodule mit 56 Lehreinheiten (an drei Wochenenden) absolviert werden. Hier schließt der Prüfling die Fortbildung als „Zertifizierter Sachverständiger für Betonschäden und Betoninstandhaltung“ ab. Weitere Informationen: BZB Akademie, Bökendonk 15–17, 47809 Krefeld, Tel. (0 21 51) 51 55 30, Fax (0 21 51) 51 55 90, akademie@bzb.de, www.bzb.de

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MESSTECHNIK IM BAUWESEN

Aus iPhone wird Laser-Distanzmessgerät

Die Bedienung ist ein Kinderspiel. Man braucht nur den iC4, das kostenlose Prexiso-App dazu und ein iPhone – schon erledigen sich viele Messaufgaben fast von selbst: – Distanzen und Flächen von Böden, Wänden und Decken berechnen – Abmessen von Möbeln, Vorhängen, Teppichen – Ausrechnen, wie viel Farbe oder Tapete für einen Raum nötig ist – Unverzichtbar beim Umzug oder beim Renovieren – Hilfreich beim Innenausbau – Messen Sie in Sekundenschnelle, wie groß Ihre Kinder schon sind! – Und es lässt sich noch viel, viel mehr messen… Im Vergleich zu traditionellen Messmethoden bietet der Prexiso iC4 Laser-Distanzmesser unschlagbare Vorteile. Als iPhone-Nutzer sind Sie vertraut mit neuesten, innovativen Technologien und bedienen den iC4 instinktiv richtig. Ein einmaliges Zubehör, das modernste Lasertechnologie verwendet nicht einfach nur ein Laser-Pointer mit App, sondern eine echte, softwaregestützte Innovation. Sie werden die Einfachheit und Präzision zu schätzen wissen – im beruflichen oder privaten Bereich. Prexiso iC4 – das ideale Geschenk für technikverliebte

(Foto: Prexiso)

Der Prexiso iC4 ist das weltweit erste iPhone-Zubehör mit integriertem Laser-Distanzmesser! Eine Innovation für alle iPhone 4- und iPhone 4S-Nutzer – mit neuester Schweizer Lasertechnologie und unübertroffener Präzision.

Einfach das i Phone mit dem Prexiso iC4 erweitern – für bequemes und professionelles Messen

Nutzer, Architekten, Immobilienhändler und alle anderen, die nur gelegentlich oder auch oft messen müssen! Jetzt erweitern Sie einfach Ihr iPhone mit dem Prexiso iC4 und erledigen Messaufgaben bequem und professionell. Sie brauchen keine weiteren Geräte oder Hilfe von anderen Personen – nehmen Sie Ihr iPhone, stecken es auf den Prexiso iC4 und los geht’s! Der Prexiso iC4 macht ungenaue Schätzungen überflüssig und vermeidet Messfehler. Er misst weiter als die meisten Rollmaßbänder oder Zollstöcke. Messen wie die Profis und das mit einem Laser, der ungefährlich für Ihre Augen ist. Weitere Informationen: Prexiso AG, Europastrasse 27, 8152 Glattbrugg, Schweiz, info@prexiso.com, www.prexiso.com


MESSTECHNIK IM BAUWESEN

Breites Spektrum von Messmodi für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Anhand von Ultraschallmessgeräten können sowohl Qualitätsmängel der Wanddicke, der Beschichtung und der Oberflächen (Korrosion) als auch eine Materialtrennung durch Risse rechtzeitig erkannt werden. Die Ultraschallprüfung kann an fast allen Werkstoffen vorgenommen werden. Ein vom Messkopf erzeugter Ultraschallimpuls durchläuft das zu prüfende Material und wird an der Dichtegrenzfläche -idealerweise die Rückwand des Werkstoffes reflektiert. Diese zurückkehrende Schallwelle wird vom selben Messkopf empfangen und das Messgerät zeigt die Materialdicke an. Durch das rechtzeitige Lokalisieren von Fehlern in Bauteilen kann deren Betriebsbereitschaft gewährleistet und ein frühzeitiges Ausmustern fehlerhafter Teile garantiert werden. Somit kann rational gearbeitet werden, ohne dass eine Gefahr für Mensch und Material besteht.

(Foto: Elcometer Instruments)

Ob in der Öl- und Gasindustrie, beim Hoch- Tiefbau oder im maritimen Bereich, die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung bekommt eine immer größer werdende Bedeutung. Um Qualitätsmängel rechtzeitig zu erkennen, ohne das Werkstück zu beschädigen, bietet Elcometer nun auch in Deutschland handliche und vielseitig verwendbare Ultraschallmessgeräte an.

Bild 1

Breites Spektrum von Messmodi: Die Elcometer NDT Serie

minimale und maximale Grenzwerte festlegen. Durch die signifikante Erhöhung der Messwertaktualisierungsrate ermöglicht der Schnellscan mit Minimaldickenanzeige dem Anwender das Ausführen von Scanbewegungen über das Prüfteil. Der kleinste Dickenwert wird im Speicher festgehalten und nach Abschluss des Scanvorgangs angezeigt. Aufgrund der steigenden Nachfrage in Deutschland nach Messgeräten zur zerstörungsfreien Materialprüfung vor Ort erweitert Elcometer Deutschland seine Produktpalette mit den bisher nur von Elcometer USA verkauften Ultraschallmessgeräten.

Anzahl der Modi variiert je nach Modell Um eine angestrebte Prüfung zuverlässig und mit geringem Aufwand zu erledigen, bietet Elcometer nun auch in Deutschland eine Bandbreite an Ultraschallmessgeräten – mit den dazugehörigen Messköpfen an. Mit ihren ergonomisch geformten, versiegelten Metallgehäusen, den wasser- und staubdichten Membrantastenfeldern und einer großen Auswahl an Ultraschallsonden, die Materialmessungen bis zu 482 °C (900 °F) ermöglichen, sind die Elcometer NDT Korrosions-, Präzisions- und Fehlererkennungsmessgeräte die ideale Lösung für die Messung von Wanddicken und die Erkennung von diversen Materialfehlern. Die Elcometer NDT Serie bietet ein breites Spektrum von Messmodi, wobei die Anzahl der Modi je nach Modell variiert. Unter anderem sind folgende Methoden verfügbar: Impuls-Echo-Modus (PE), Interface-Echo-Modus (IE), Echo-Echo-Modus (EE), Echo-Echo-Verifizierungsmodus (EEV), reiner Beschichtungsmodus (CT), Impuls-Echo-Temperaturvergleichsmodus (PETP) und Impuls-Echo-Beschichtungsmodus (PECT). Des Weiteren wird ein umfassendes Sortiment von Zweielement- Messköpfen für die Dickenmessung in Verbindung mit den Korrosions-, Geschwindigkeits- und Materialfehlerprüfgeräten angeboten. Hiervon ist jeder Messkopf mit jedem Gerät kompatibel.

Weitere Informationen: Elcometer Instruments GmbH, Ulmer Straße 68, 73431 Aalen, Tel. (0 73 61) 52 80 60, Fax (0 73 61) 5 28 06 77, de_info@elcometer.de, www.elcometer.de

Hochleistung in kompaktem Design FARO hat die Größe seines Laser Trackers um ein Viertel reduziert und gleichzeitig eine Reihe zusätzlicher Funktionen hinzugefügt. Der neue Vantage ist ein äußerst präzises, portables KoordinatenMessgerät und wartet mit einer höheren Reichweite und Messeffizienz auf. Er bietet damit große Vorteile bei der Installation und Ausrichtung von Maschinen, der Inspektion von Komponenten, im Werkzeugbau, der Fertigung und Montage sowie dem Reverse Engineering. FARO Technologies, Inc. (NASDAQ: FARO), stellt eine neue Generation von Laser Trackern vor. Der FARO Laser TrackerVantage verbindet neue, anwenderfreundliche Funktionen mit einem überaus portablen Design. Verbesserungen wie beispielweise die Funktionen SmartFind, MultiView und das integrierte WLAN beschleunigen die Messroutinen und sorgen für eine beispiellose Messgeschwindigkeit und -effizienz.

US-Produktpalette nun auch für Deutschland Die zerstörungsfreie Materialprüfung vor Ort sollte schnell, einfach und unproblematisch von statten gehen. Durch die Wiederholgenauigkeits-/Stabilitätsanzeige der Messgeräte wird die Materialdicke vom Messgerät zuverlässig gemessen. Außerdem kann eine benutzerdefinierte Nenndicke eingestellt werden. Sollte der Messwert unter einem Sollwert sein, leuchtet eine rote LED auf und ein Signal ertönt. Ferner kann der Anwender

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Obwohl der Vantage 25 % kleiner und 28 % leichter ist als sein Vorgänger, ist es FARO gelungen, ein neues, optisches InlineSystem zu integrieren, das die Genauigkeit bei Messungen über eine große Entfernung um 45 % auf bis zu 80 m (160 m Durchmesser) verbessert. Das integrierte WLAN macht zudem die Anbindung an einen Laptop überflüssig. Das Ergebnis ist ein portabler Laser Tracker, der mit weniger Scanbewegungen und kürzeren Routinen mehr Messergebnisse bietet als je zuvor.


MESSTECHNIK IM BAUWESEN

Dank weiterer neuer Funktionen, wie dem wasser- und staubfesten IP52-Gehäuse, können sich Nutzer auch bei Nässe auf den Vantage verlassen. Die TruADM-Technologie des Vantage bietet die nötige Messgenauigkeit für Anwendungen, für die die Unterschiede zwischen der absoluten Distanzmessung (ADM) und interferometer-basierten Messungen (IFM) größtenteils unbedeutend sind. Im Gegensatz zu Technologien, die Interferometersysteme (IFM-Systeme) benötigen, um ihren absoluten Distanzmesser (ADM) zu unterstützen, vereinfacht die TruADM-Technologie von FARO diesen Prozess. Die verbesserten und prädiktiven Algorithmen dieser patentierten Technologie der fünften Generation bieten eine schnellere Erfassung dynamischer Messobjekte, indem der Scanner dem beweglichen Objekt folgt. „FARO hat einen portablen und robusten Laser Tracker entwickelt, der eine beachtliche Messleistung, Benutzerfreundlichkeit und weitere Vorteile vereint. Wir sind sehr stolz, solch eine umfassende Lösung auf den Markt zu bringen“, betont Jay Freeland, CEO von FARO. „Der Vantage bietet unseren Kunden eine umfassende Lösung ohne Abstriche.“

(Foto: FARO)

Zwei der neuen Funktionen des Vantage – die SmartFind- und die MultiView-Funktion – erhöhen die Produktivität durch die Verringerung der Vermessungszeit. Das SmartFind-System reagiert auf einfache Bewegungen des jeweiligen Bedieners und ermöglicht dem Vantage, das gewünschte Ziel schnell wiederzufinden, falls der Laserstrahl vom Ziel abkommt oder unterbrochen wird. Das MultiView-System, für das bereits ein Patent angemeldet wurde, verwendet zwei integrierte Kameras, mit denen der Bediener einzelne, schwer zu erreichende Zielobjekte automatisch anpeilen kann.

Größe um ein Viertel reduziert und eine Reihe zusätzlicher Funktionen hinzugefügt: der neueVantagevon FARO.

Weitere Informationen: FARO Europe GmbH & Co. KG, Christian Jeske, Lingwiesenstraße 11/2, 70825 Korntal-Münchingen, Tel.: (07150) 9797 – 205, Fax(07150) 9797 -9205, Christian.Jeske@faroeurope.com, www.faro.com/germany

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AKTUELL

Die neue DAfStb-Richtlinie: „Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung“ Verstärkungen von Massivbauteilen werden seit Jahren mit geklebter Bewehrung aus Faserverbundwerkstoffen (FRP, CFK-Lamellen) durchgeführt und haben sich am Markt etabliert. Inzwischen gehören Planung und Ausführung entsprechender Maßnahmen zum Tagesgeschäft vieler Ingenieurbüros und Baufirmen. Dennoch besteht in der breiten Praxis immer noch Unkenntnis und Unsicherheit im Umgang mit geklebter Bewehrung. Insbesondere die Bemessung von Verstärkungen mit FRP und deren konstruktive Besonderheiten bereiten den beteiligten Ingenieuren häufig Schwierigkeiten. Nicht selten führen Mängel in der technischen Bearbeitung zu Problemen oder Mehrkosten in der späteren Ausführung. Zudem birgt eine unsichere Bemessung ein oft unterschätztes Haftungsrisiko. Geeignete Bemessungsprogramme helfen, Unsicherheiten zu vermindern und Probleme zu vermeiden. Außerdem bieten sie dem Ingenieur einen leichteren Zugang zu der mechanisch schwierigen Materie als Zulassungen oder Richtlinien.

Neues Bemessungsprogramm gemäß der DAfStb-Richtlinie Die Einführung des Bemessungsprogramms FRP Lamella für Biegezugverstärkungen mit geklebter Bewehrung trägt Jahren maßgebend zu der Verbreitung von Sto S&P CFK-Lamellen als Verstärkungssystem für massive Bauteile bei. Der zeitliche Aufwand für die technische Bearbeitung lässt sich mit Hilfe des Programms deutlich reduzieren. Die Software bemisst oberflächig aufgeklebte, in Schlitze eingeklebte und vorgespannte CFKLamellen. Außerdem werden Tragwerksplaner bei der Bemessung seit über 10 Jahren durch die Ingenieure der Firma S&P mit ihrem weltweiten Erfahrungsschatz unterstützt. Die Bemessung von CFK-Verstärkungen erfolgt zukünftig auf Grundlage der neuen DAfStb-Richtlinie „Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung“. Die Materialkennwerte der einzelnen Systeme werden weiterhin über Zulassungen geregelt. Die neuen Zulassungen für oberflächig aufgeklebte sowie in Schlitze verklebte Sto S&P CFK-Lamellen werden voraussichtlich im März 2013 vom DIBt erteilt.

Bild 2

Eingabe- und Ergebnisfenster für den neuen Nachweis der Lamellenkraftänderung am Zwischenrisselement

Durch die neue Richtlinie ändert sich das Nachweisverfahren für die Bemessung maßgeblich. Der Klebeverbund ist nun über die gesamte Lamellenlänge nachzuweisen. Dies erfolgt über die Begrenzung der Lamellenkraftänderung zwischen den Rissen. Infolge der genaueren Berechnung können die CFK-Lamellen wesentlich höher ausgenutzt werden, wodurch die Verstärkungsmaßnahmen deutlich wirtschaftlicher werden. Außerdem wird die Limitierung des Verstärkungsgrades aufgehoben und der Mindestwert der Oberflächenhaftzugfestigkeit reduziert sich deutlich. Zukünftig dürfen Spannbetonbauteile und Bauteile mit planmäßiger Normalkraft auch wieder mit aufgeklebten Systemen ertüchtigt werden. Die neue Programmversion FRP Lamella 6 (Bild 1 + 2) trägt den Veränderungen der neuen Bemessungsrichtlinie Rechnung. Das Programm ermöglicht eine Bemessung von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen mit Verstärkungen aus aufgeklebten oder in Schlitze eingeklebten CFK-Lamellen sowie aufgeklebten Kohlefasergelegen (C-Sheets). Zusätzliche Nachweise wie z. B. die Verbundkrafterhöhung durch Bügelumschließung sowie die Ermittlung der erforderlichen Querkraftverstärkung sind ebenfalls implementiert. Das Bemessungsprogramm bietet eine gute Einführung in die komplexe Mechanik von Verstärkungsmaßnahmen und unterstützt den Anwender bei der täglichen Bemessungsarbeit. Die aktuelle Programmversion kann gegen eine Schutzgebühr bei der S&P Clever Reinforcement GmbH bezogen werden. Wiebke vom Berg, Dirk Grunewald

Weitere Informationen: S&P Clever Reinforcement GmbH, Karl-Ritscher-Anlage 5, 60437 Frankfurt am Main, Tel. (0 69) 9 50 94 71 -0, Fax (0 69) 9 50 94 71-10, info@sp-reinforcement.de, www.sp-reinforcement.de

Bild 1

Bemessungsprogramm FRP Lamella für Biegezug- und Querkraftverstärkungen nach neuer DAfStb-Richtlinie

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Software-Entwicklung: bow ingenieure gmbh, Breite Straße 15, 38100 Braunschweig, Tel. (05 31) 2 43 59-0, Fax (05 31) 2 43 59-51, mail@bow-ingenieure.de, www.bow-ingenieure.de


AKTUELL

Neuer bundesweiter Zertifikatslehrgang nach Instandsetzungs-Richtlinie DAfStb zur Qualifizierten Führungskraft/Fachbauleiter in der Betoninstandhaltung ab Januar 2013 Auf Initiative der Landesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken Nordrhein-Westfalen e.V. sowie der Landesgütegemeinschaft Instandsetzung von Betonbauwerken Bayern und Baden-Württemberg e.V. bietet die Akademie der Bildungszentren des Baugewerbes e.V. eine hochkarätige Weiterbildungsveranstaltung für Qualifizierte Führungskräfte/Fachbauleiter in der Betoninstandhaltung an. Die Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb beschreibt im Teil 3 die persönlichen Anforderungen an die Unternehmen. Danach müssen Betriebe in der Betoninstandhaltung neben den Baustellenfachkräften (SIVV-Schein-Inhaber) auch über eine Qualifizierte Führungskraft verfügen. Die Qualifizierte Führungskraft ist zuständig und verantwortlich für die Ausführung der Arbeiten auf der Baustelle wie auch für die erforderlichen Prüfungen. Zu diesen Arbeiten gehören schwerpunktmäßig: – das Prüfen von Leistungsbeschreibungen und der bautechnischen Unterlagen auf Plausibilität – die Planung der Arbeitsabläufe (Arbeitsplan) auf der Grundlage der vom sachkundigen Planer erstellten Planungsunterlagen

– das Beurteilen der besonderen fachlichen Qualifikation des Baustellenfachpersonals – die Verwendung der vorgesehenen Baustoffe mit den geforderten Übereinstimmungsnachweisen – die Organisation und Auswertung der Eigenüberwachung und auch nach besonderer Vereinbarung Aufgaben des sachkundigen Planers. Der exklusive Lehrgang wird zunächst in einer Pilotphase an den Standorten Krefeld (BZB), Berlin (BFW der Fachgemeinschaft Bau) und Feuchtwangen (Bayrische Bauakademie) von Mitte Januar bis April 2013 durchgeführt. Die Schulung besteht aus drei jeweils zweitägigen Modulen, die eine Zertifikatsprüfung beinhaltet. Für die an den unterschiedlichen Durchführungsorten inhaltlich gleichgeschaltete Fortbildung konnten renommierte, deutschlandweit bekannte Experten als Referenten gewonnen werden. Die Schulung bietet ein klares Qualifikationsprofil und einen persönlichen Karrierebaustein. Der erfolgreiche Teilnehmer erhält eine Personenzertifizierung mit einem Zertifikat der Zertifizierung Bau, Berlin.

Weitere Informationen und Anmeldung für alle Standorte: Bildungszentren des Baugewerbes e.V., BZB Akademie, Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Peter Heil, Bökendonk 15–17, 47809 Krefeld, Tel. (0 21 51) 51 55-30, Fax (0 21 51) 51 55-90, akademie@bzb.de, www.bzb.de

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AKTUELL

JORDAHL GmbH: Neuer Name, bewährte Qualität

Übereinstimmend wird die econstra als Fachmesse für den Ingenieurbau begrüßt und der Fachkongress „Ingenieurbautage“ ausdrücklich als Fortbildungsveranstaltung gewertet.

Nach mehr als 100-jähriger Firmengeschichte ändert die Deutsche Kahneisen Gesellschaft in Berlin ihren Namen und firmiert ab sofort unter JORDAHL GmbH. Das Unternehmen ist spezialisiert auf alle Bereiche der Befestigungs- und Bewehrungstechnik.

„Weiter so“, lautet die Aufforderung der Verantwortlichen. „Ich kann Sie zu dieser Veranstaltung nur beglückwünschen!“, so auch das Fazit von Burkina Fasos Botschafterin Marie Odile Bonkoungou-Balima, die am Samstag auf der econstra die Preisverleihung des Bauinnova – Temporary Building Award 2012 vornahm. Die Aufgabe hatte gelautet, rasch zu erstellende Bauten für Menschen in Katastrophengebieten zu entwerfen. Hier errangen Studenten der Hochschule Weimar den gemeinsam von der Europäischen Prüfzentrale epz, Corel, Graphisoft, ingFinder und econstra unterstützten Preis.

Im Dezember 1913 meldete der Gesellschafter der damaligen „Deutsche Kahneisen – Gesellschaft Jordahl & Co“ Jordahl ein „Geschlitztes hohles Bewehrungseisen für Eisenbetonbauten zur Aufnahme von Befestigungsbolzen für Lagerböcke u. dgl.“ beim Kaiserlichen Patentamt an. Die Ankerschiene war geboren. Die C-förmige Jordahl-Schiene wurde schnell zu einem begehrten Befestigungselement im Stahlbetonbau. Bis heute folgten weitere innovative Produkte für die Befestigungs-, Bewehrungs-, und Verbindungstechnik, etwa die JORDAHL® Durchstanzbewehrung, die Doppelschubdorne, sowie Produkte für die Fassadenbefestigung. Darüber hinaus bietet die JORDAHL GmbH ihren Kunden heute ein breites Spektrum an Beratungsleistungen sowie kostenlose Software zur Auslegung der Produkte des Hauses. Kooperationen mit der PFEIFER-Bautechnik, Memmingen und der H-BAU Technik GmbH sowie Tochterunternehmen weltweit führten zum Ausbau der internationalen Präsenz des Berliner Bautechnik-Spezialisten. Heute finden Produkte des Herstellers in zahlreichen, teilweise spektakulären Bauwerken Verwendung.

Ein weiterer Preis, der econStar, ausgelobt von der Bauwirtschaft Baden-Württemberg e.V. und dem econstra-Team, unterstützt vom Bauverlag und dem Online-Magazin für Industriedesign und Innovation zwomp, ging am vergangenen Donnerstag an StekoX, Spezialist für Abdichtungssysteme für deren Innovationsleistungen (1. Preis) sowie die H-Bau Technik GmbH aus Klettgau und die Tremco illbruck GmbH & Co. KG aus Leverkusen (zwei 2. Preise). Mehrheitlich positiv war auch die Grundstimmung unter den Ausstellern. Herr Prof. Hofmann von der Universität Stuttgart etwa bedankt sich „für die Einladung auf die hervorragend organisierte Messe econstra und die durchweg interessanten Seminare im Rahmen der Ingenieurbautage sowie die beachtliche Ausstellung.“

Weitere Informationen: Jordahl GmbH, Nobelstraße 51, 12057 Berlin, Tel. (0 30) 6 82 83-02, Fax (0 30) 6 82 83-4 97, info@jordahl.de, www.jordahl.de

Von allen Beteiligten wurde die hohe Qualität der Fachbesucher hervorgehoben. Man erhofft sich aber von der zweiten econstra auch eine höhere Quantität als bei der Premierenveranstaltung. Rund 1.700 Messe- und Kongressbesucher tauschten sich an den drei Messetagen auf der econstra aus, nicht ganz die Zahl die sich auch der Veranstalter FWTM und der Kooperations-partner MaxxCompany zur Premiere erhofft hatten, die aber im Rahmen künftiger Folgeveranstaltungen steigerungsfähig ist.

Rückblick auf die econstra 2012 – die erste europäische Fachmesse für Ingenieurbau und Bauwerksinstandsetzung

Insgesamt zeigen sich die Organisatoren mit der Auftaktveranstaltung zufrieden: „Die erste econstra hat gezeigt, dass das Thema Ingenieurbau und Bauwerksinstandsetzung für eine erfolgreiche Kongress-Messe tragfähig und ausbaufähig ist. Es gilt nun das Konzept weiterzuentwickeln und zu verfeinern. Die Erfahrungen der ersten econstra wie auch die Wünsche der Branchenvertreter werden hierbei einfließen, so z. B. der Wunsch am zweitägigen hochkarätigen Vortragsprogramm festzuhalten, die Veranstaltungsdauer der econstra auf zwei Messetage festzulegen“, so das Fazit.

Mit der Neufirmierung wird der gewachsene Bekanntheitsgrad der Marke JORDAHL® klarer transportiert.

„Hochkarätiges Publikum, gute Gespräche, professionelle Organisation“ so das überwiegende Urteil von Ausstellern und Besuchern zur Premierenveranstaltung der econstra 2012, die am 27.10.12 in den Freiburger Messehallen zu Ende gegangen ist. Sehr positiv aufgenommen wurde der zweitägige Fachkongress „Ingenieurbautage“, dessen Referate als hochinteressant gelobt wurden. Seit 25.10. hatten sich auf dem Freiburger Messegelände Bauingenieure, Architekten, Vertreter von Baufirmen, Bauträgern und Verbänden getroffen, hatten über 700 Fachleute den über 130 Vorträgen der „Ingenieurbautage“ gelauscht. Die econstra wurde von zahlreichen Fachverbänden und Kammern unterstützt, von zahlreichen Universitäten und Hochschulen und vom Karlsruher Institut für Technologie KIT sowie der TÜV Rheinland Akademie GmbH.

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Weitere Informationen: Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG, Messe Freiburg, Europaplatz 1 (Navigationsadresse: Hermann-Mitsch-Straße 3), 79108 Freiburg, Tel. (07 61) 38 81-02, Fax (07 61) 38 81-30 06, econstra@fwtm.de, www.econstra.de, www.ingenieurbautage.de


AKTUELL

475 Jahre Stahlwerk Annahütte Das Stahlwerk Annahütte (SAH) im Berchtesgadener Land blickt auf eine lange, ereignisreiche Geschichte zurück. Seit 475 Jahren kann das Unternehmen eine beständige und durchgehend belegbare Historie vorweisen. Der Grundstein wurde am 02. Oktober 1537 gelegt. Der Salzburger Fürsterzbischof Matthäus Lang von Wellenburg erteilte der Eisengewerkschaft Achtal-Hammerau – so hieß das Stahlwerk Annahütte damals – die Erlaubnis zur Förderung und Verarbeitung von Eisenerz vor den Toren Salzburgs. Man produzierte für den damaligen Bedarf Stahlprodukte wie Radreifen, Wagenachsen, Mauer- oder Hufeisen. Das Stahlwerk Annahütte kam den Anforderungen von der Renaissance bis ins Industriezeitalter stets nach. Bild 1

Kohleverladung auf dem Werksgelände vom Stahlwerk Annahütte

Bild 2

Windkraftanlagen v neues Anwendungsgebiet der Annahütte mit seinen Produkten der Marke SAH Stabstahl. In Windkraftanlagen finden u. a. SAH Vergütungsstähle wie beispielsweise der 34CrNiMo6, 42CrMo4 als Getriebewelle oder Gondel Verwendung. Der 32CrB4 sowie der 36CrB4 kommen als vergütete Schraubenbolzen zum Einsatz.

Bild 3

Luftbildaufnahme vom Wasserkraftwerk der Annahütte

Heute, 475 Jahre nach der Gründung, ist die Annahütte weltweit eines der führenden Unternehmen in der Verarbeitung und Veredelung von Stab- und Gewindestählen. Mit ihren innovativen Produkten der Marke SAH Stabstahl genießt die Annahütte auf den nationalen und internationalen Märkten höchstes Ansehen. Die Annahütte ist Hersteller für legierten Rundstahl und Marktführer bei der Herstellung von Stäben im Durchmesserbereich von 12 bis 16 mm. Ein großer Anteil der Produktion bis Durchmesser 40 mm geht in die Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie. In jedem europäischen Auto sind Komponenten aus SAH Stabstahl verbaut; angefangen von Zahnrädern, Pleuelstangen und Getriebewellen über Fahrwerkskomponenten wie Stabilisatoren, Drehstäbe und Schraubenfedern bis hin zu vergüteten und geschliffenen Lenkgetriebewellen. Die Produktionsmöglichkeiten der Annahütte erstrecken sich von allgemeinen Baustählen über Vergütungsstähle bis hin zu Werkzeug- und Spezialstählen. Die Fertigungstiefen reichen von schwarzem, gestrahltem, geschältem und richtpoliertem Stabstahl bis hin zu gewindegerollten Schraubenbolzen bzw. gefasten, zentrierten und präzisionsgeschliffenen Rundstäben in jedem gewünschten Wärmebehandlungszustand.

(Fotos: Stahlwerk Annahütte)

Neben der Automobilbranche werden die SAH Stabstähle in der Werkzeug- und Kettenindustrie, im Maschinen- und Anlagenbau aber auch in der Energiegewinnung als Qualitätsprodukt verwendet. Der SAH Stabstahl ist in der Werkzeugindustrie hoch geschätzt und wird zu Bohrern, Meißeln oder Schraubenschlüsseln verarbeitet. Die Kettenindustrie formt ihn zu hochbeanspruchten Rundstahlketten, Haken oder Schäkeln. Verstärkt fließt SAH Stabstahl in Windkraftprojekte, wo er beispielsweise für hochbeanspruchte Schraubenbolzen zum Einsatz kommt. Nachhaltigkeit ist für das Stahlwerk Annahütte ein wichtiger Grundsatz. Das Unternehmen liegt parallel zum deutsch-österreichischen Grenzfluss Saalach und verfügt über ein eigenes Wasserkraftwerk. In der Produktion setzt das Unternehmen auf die selbst erzeugte Energie und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung der Umwelt. Das kontinuierliche Streben nach Innovation sichert den Erfolg und die Zukunft. Der Vorsprung liegt in der Entwicklung von innovativen Produkten und Prozessen. Die Einsatzmöglichkei-

ten von SAH Stabstahl sind dabei unerschöpflich und eröffnen weltweit neue Perspektiven. Weitere Informationen: Stahlwerk Annahütte Max Aicher GmbH & Co. KG, Werk 3+4, 83404 Hammerau, Tel. (0 86 54) 4 87-0, Fax (0 86 54) 4 87-9 60, stahlwerk@annahuette.com, www.annahuette.com

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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Anbieterverzeichnis Produkte & Dienstleistungen Abdichtungstechnik

Ankerschienen

Befestigungstechnik

Betoninstandsetzung

 Ankerschienen adicon® Gesellschaft für Bauwerksabdichtungen mbH Max-Planck-Straße 6 63322 Rödermark Tel. (06074) 8951-0 Fax (06074) 895151 info@adicon.de www.adicon.de

EK Abdichtungstechnik GmbH Salmdorfer Straße 1 85540 Haar b. München Tel: 0 89-4 61 69 91-0 Fax: 0 89-4 61 69 91-23 zentrale@ek-abdichtung.de www.ek-abdichtung.de

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

JORDAHL GmbH 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

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 5225) 8799-0 Fax: (0 5225) 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

Balkondämmelemente StekoX® GmbH Abdichtungstechnik Blumenstraße 42/1 D-71106 Magstadt Phone +49 (0) 71 59-4 20 08 20 Fax +49 (0) 71 59-4 20 08 90 info@stekox.de www.stekox.de

Abstandhalter

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 52 25) 87 99-0 Fax: (0 52 25) 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

 Kopfbolzendübel Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

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

A44

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

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

KÖCO Köster + Co. GmbH Spreeler Weg 32 D-58256 Ennepetal Tel. (0 23 33) 83 06-0 Fax (0 23 33) 83 06-38 E-Mail: info@koeco.net www.koeco.net

Betonanlagen

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

adicon® Gesellschaft für Bauwerksabdichtungen mbH Max-Planck-Straße 6 63322 Rödermark Tel. (06074) 8951-0 Fax (06074) 895151 info@adicon.de www.adicon.de

01069 Dresden Tel. (03 51) 21 0669-0 www.Litterer.de CFK-Klebearmierung, Spritzbeton

SGL TECHNOLOGIES GmbH Werner-von-Siemens-Straße 18 86405 Meitingen / Germany Phone +49 8271 83-1398 Fax +49 8271 83-1427 compositematerials@sglcarbon.de www.sglgroup.com CFK-Lamellen, CF-Gewebe, CF-Bewehrung

Bewehrung

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


 Bewehrungsanschlüsse  Schub- und Durchstanzbewehrung

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

 Bewehrungssystem

Mozartstraße 12 87435 Kempten Tel. (0831) 52173-11 Fax (0831) 24437 E-Mail: Info@bamtec.com Internet: www.bamtec.com • Bis zu 40 % Betonstahlersparnis • 80% bis 90% Verlegezeitreduktion

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (052 25) 87 99-0 Fax: (052 25) 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

 Edelstahlbewehrung

ANCOTECH GmbH Spezialbewehrungen Robert-Perthel-Straße 72 50739 Köln Tel.: (02 21) 5 00 81-74 Fax: (02 21) 5 00 81-79 e-Mail: info@ancotech.de Internet: www.ancotech.de – Durchstanz- und Schubbewehrung – Nichtrostende Edelstahlbewehrung

ANCOTECH GmbH Spezialbewehrungen Robert-Perthel-Straße 72 50739 Köln Tel.: (02 21) 5 00 81-74 Fax: (02 21) 5 00 81-79 e-Mail: info@ancotech.de Internet: www.ancotech.de – Durchstanz- und Schubbewehrung – Nichtrostende Edelstahlbewehrung

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

Brückenbau

Firmenstandorte in Deutschland Niederlassung Uslar Tel: +49 (0) 5571 9256 0 Kontaktperson: Herr Stefan Adam E-mail: uslar@mageba.ch Niederlassung Esslingen Tel: +49 (0) 711 758844 0 Kontaktperson: Herr Mario Flietner E-mail: stuttgart@mageba.ch

CAD/CAM Multimateriallösungen

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

Deckenschalungen Kassetten-, Rippen- und Plattenbalkendecken-Schalungen Mietservice + Sonderschalungen DeWa-Schaltechnik GmbH Auf der Forst 16 55481 Metzenhausen Tel. +49 (0)67 63-30 98 74 Fax +49 (0)67 63-30 98 75 e-Mail: info@dewa-schaltechnik.de Internet: www.dewa-schaltechnik.de

Durchstanzbewehrung

ANCOTECH GmbH Spezialbewehrungen Robert-Perthel-Straße 72 50739 Köln Tel.: (02 21) 5 00 81-74 Fax: (02 21) 5 00 81-79 e-Mail: info@ancotech.de Internet: www.ancotech.de – Durchstanz- und Schubbewehrung – Nichtrostende Edelstahlbewehrung

Produktauswahl: Topflager · Elastomerlager · Kalottenlager · Lamellenfuge · Gleitfingerfuge · Kragfingerfuge · Erdbebenschutz · Bauwerksüberwachung

RW Sollinger Hütte GmbH Auschnippe 52 · 37170 Uslar Tel.: 05571 305-0 Fax: 05571 305-26 e-mail: info@rwsh.de Internet: www.rwsh.de • Neubau, Sanierung und Montage von – Bauwerkslagern – Fahrbahnübergängen – Brückengeländern – Brückenausstattungen • Dienstleistungen – Komplexe Sanierung von Brücken- und Ingenieurbauwerken – Engineering Leistungen für Dehnfugen und Bauwerkslager

JORDAHL GmbH 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

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

Edelstahlbefestigungen

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 5225) 8799-0 Fax: (0 5225) 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

Fachliteratur

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 4 70 31 2 00 Fax +49 (0)30 4 70 31 2 70 e-mail: info@ernst-und-sohn.de Internet: www.ernst-und-sohn.de

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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Mauerwerksabfangungen

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 52 25) 87 99-0 Fax: (0 52 25) 67 10 E-Mail: info@mfixings.de Internet: www.mfixings.de MOSO-Fassadenbefestigungen MOSO-Lochband Bewehrung MOSO-Fertigteilbefestigungen Konsolanker bis 25 kN Fassadenplattenanker bis 56 kN Gerüstverankerungen

Rißinjektion  Injektionstechnik, Mischtechnik, Spritztechnik

DESOI GmbH Gewerbestraße 16 D-36148 Kalbach/Rhön Telefon: +49 (66 55) 96 36-0 Telefax: +49 (66 55) 96 36-66 66 E-Mail: info@desoi.de Internet: www.desoi.de • Injektionspacker • Injektionsgeräte • Sonderlösungen

Schubdorne

JORDAHL GmbH 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

Schwingungsisolierung

Montagetechnik

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

Querkraftdorne

Dittmann GmbH Technik für die Bausanierung Gewerbestraße 10 16540 Hohen Neuendorf Tel.: +49(0) 3303 541527 Fax: +49(0) 3303 541528 E-Mail: info@saniertechnik.de Internet: www.saniertechnik.de • Injektionstechnik und Zubehör • Injektionspacker • Maschinenservice

Sanierung

adicon® Gesellschaft für Bauwerksabdichtungen mbH Max-Planck-Straße 6 63322 Rödermark Tel. (06074) 8951-0 Fax (06074) 895151 info@adicon.de www.adicon.de

Schalungstechnik

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

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

A46

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

 Bewehrungsplanung

Natursteinverankerungen

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

Ulrike Rodrian Weydingerstr. 14–16 D-10178 Berlin Tel.: 0049 - 30 - 381 03 423 Funk: 0049 - 172 - 313 - 55 - 22 Fax: 0049 - 32 - 121 121 495 info@bauzeichnung-rodrian.de www.cad-schulung-rodrian.de

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (0 2751) 803-124 Fax (0 2751) 803-159 E-Mail: info@berleburger.de Internet: www.bsw-schwingungstechnik.de PUR-Schaum und hochelastischer Polyurethankautschuk zur Schwingungsisolierung

GERB Schwingungsisolierungen GmbH & Co. KG Berlin/Essen Elastische Gebäudelagerung, Schwingböden, Raum-in-RaumLösungen, Schwingungstilger Tel. Berlin (0 30) 41 91-0 Tel. Essen (0201) 266 04-0 E-mail: info@gerb.com www.gerb.com

Software für das Bauwesen

mb AEC Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. (06 31) 3 03 33 11 Fax (06 31) 3 03 33 20 info@mbaec.de www.mbaec.de

DICAD Systeme GmbH CAD für Konstruktion und Bewehrung Theodor Heuss Straße 92–100 D-51149 Köln Tel.: +49 (0) 22 03/93 13-0 Fax: +49 (0) 22 03/93 13-1 99 info@dicad.de www.dicad.de

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

Software für Statik und Dynamik

Ing.-Software DLUBAL GmbH Am Zellweg 2 93464 Tiefenbach Tel. (0 96 73) 92 03-0 Fax (0 96 73) 92 03-51 e-Mail: info@dlubal.com Internet: www.dlubal.de


Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

Spannbeton  Spannausrüstungen, Spannverankerungen und Zubehör

Trittschalldämmelemente

Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel. (0 72 23) 9 67-0 Fax (0 72 23) 9 67-4 50 e-Mail: info@schoeck.de Internet: www.schoeck.de

Trittschalldämmung unter hohen Lasten Paul Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Max-Paul-Straße 1 88525 Dürmentingen/Germany Phone +49 (0) 73 71/5 00-0 Fax +49 (0) 73 71/5 00-1 11 Mail: stressing@paul.eu Web: www.paul.eu

Stahlbau

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

BSW GmbH Am Hilgenacker 24 D-57319 Bad Berleburg Tel. (0 27 51) 803-124 Fax (0 27 51) 803-159 E-Mail: info@berleburger.de Internet: www.bsw-schwingungstechnik.de Trittschalldämmung mit bauaufsichtlicher Zulassung

Verbundbau

Verankerungen

 Softwarelösungen für den Verbundbau

 FassadenankerSysteme

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

Kretz Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. (06 31) 3 03 33 11 Fax (06 31) 3 03 33 20 info@kretz.de www.kretz.de

Tekla GmbH Helfmann-Park 2 D-65760 Eschborn 0 61 96-4 73 08 30 0 61 96-4 73 08 40 contact@de.tekla.com www.tekla.com

Wilhelm Modersohn GmbH & Co. KG Eggeweg 2a 32139 Spenge Tel.: (0 5225) 87 99-0 Fax: (0 52 25) 67 10 E-Mail: info@mfixings.de Internet: www.mfixings.de MOSO-Fassadenbefestigungen MOSO-Lochband Bewehrung MOSO-Fertigteilbefestigungen Konsolanker bis 25 kN Fassadenplattenanker bis 56 kN Gerüstverankerungen

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Claus Flohrer

Mit Wartung und Inspektion Dauerhaftigkeit und Nutzung sicherstellen Die Herausforderungen an die ingenieurmäßige Planung von Gebäuden und Infrastrukturprojekten unter Berücksichtigung nutzungsbedingter Einwirkungen nehmen ständig zu. Im Hochbau dominiert jedoch häufig noch standardisierte Planung bei gleichzeitig steigender Materialvielfalt. Bau- und nutzungsbegleitende Überwachung und Inspektion und vorlaufende Materialeignungsnachweise können die Planungssicherheit erhöhen und hilfreich sein, um Veränderungen durch die Einwirkungen frühzeitig erkennen und Maßnahmen ergreifen zu können. Der erste und einfachste Schritt ist eine regelmäßige Wartung. Häufig wird es von den Baubeteiligten versäumt, den Betreiber auf erforderliche Wartung hinzuweisen. In den Regelwerken für den konstruktiven Ingenieurbau sowie in allgemeinen gültigen Regelungen (z. B. MBO, LBO) sind nur Hinweise zur zwingenden Erfordernis der Wartung und Instandhaltung enthalten, Angaben zu Wartungsintervallen fehlen und sind deshalb durch die Planung festzulegen. Zerstörungsfreie Prüfverfahren sowie Monitoringsysteme sind im Bauwesen durchaus auf einem hohen Entwicklungsstand, werden jedoch noch zu wenig systematisch in Konzepte zur Überwachung der Dauerhaftigkeit und der Nutzungssicherheit einbezogen. Teilautomatisierte Messsysteme sind in der Lage, den Bauwerkszustand ohne intensiven Eingriff in die bestehende Bausubstand zu erfassen, um daraus den Instandhaltungsbedarf ermitteln zu können. Monitoringsysteme sind insbesondere dann erforderlich, wenn die möglichen Einwirkungen nicht exakt genug bekannt sind oder deren Auswirkungen auf die Bausubstanz im Laufe der Nutzungsdauer standsicherheitsrelevant werden können. Wird die erforderliche regelmäßige Wartung bereits in der Planungsphase berücksichtigt und mit dem Betreiber/Nutzer abgestimmt, kann dies wirtschaftlichere Bauweisen bei gleichbleibender Sicherstellung der Dauerhaftigkeit und reduziertem Gesamtaufwand für die Instandhaltung innerhalb der Lebensdauer ermöglichen. Dazu sind durch die Planung objektbezogene Wartungspläne zu erstellen, deren Umsetzung vom Betreiber sichergestellt werden müssen. Die derzeitigen Diskussionen über Wartung und Instandhaltung bei direkt befahrenen Flächen in Parkhäusern und Tiefgargagen zeigen, dass die Möglichkeiten, durch definierte Wartung und Instandhaltung wirtschaftliche und dauerhafte Konzepte umzusetzen, von vielen Beteiligten nicht erkannt und sogar in Frage gestellt wird. Die hochwertige Nutzung unserer Immobilien setzt jedoch diese regelmäßige Wartung und Instandhaltung bei allen Bauweisen voraus. Regelmäßige Wartungs- und Inspektionsintervalle haben sich im Infrastrukturbereich bewährt und können durch Bauwerksuntersuchungen und Monitoringsysteme noch ergänzt und verbessert werden. Es ist längst an der Zeit, dies konsequent auch auf den Hoch- und Ingenieurbau zu übertragen.

Prof. Dipl.-Ing. Claus Flohrer, HOCHTIEF Solutions AG © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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DOI: 10.1002/best.201200048

FACHTHEMA

Dieter R. Hussung, Jochen H. Kurz, Markus Stoppel

Automatisierte zerstörungsfreie Prüftechnik für großflächige Stahlbetontragwerke Ein Anwendungsbeispiel Eine Vielzahl zerstörungsfreier Prüfverfahren hat in den letzten Jahren Einzug in die Bauwerksuntersuchung gehalten. Um die Aussagekraft der Einzelverfahren zu erhöhen und den wirtschaftlichen Einsatz weiter voranzubringen, lag es nahe, die Verfahren kombiniert auf einer automatisierten Plattform zu montieren. Zu diesem Zweck wurde das BetoScan-System entwickelt. Um weitere Erfahrungen mit dem BetoScan-System zu erhalten, wurde ein langjährig genutztes Parkhaus aus Stahlbeton mit Gussasphaltfahrbahn als Untersuchungsobjekt ausgewählt. Bei der experimentellen Bauwerksuntersuchung wurden die Verfahren Wirbelstrom, Radar, Ultraschall und Mikrowelle zum Einsatz gebracht. Von der Anwendung des Systems und der Auswertung der Ergebnisse wird in diesem Beitrag berichtet.

Automated non-destructive inspection techniques for large reinforced concrete constructions – an example of use In recent years a variety of non-destructive evaluation methods are more and more used for the inspection of constructions. Increasing the information value of inspections and the economic aspects of applications leads to a combination of methods on an automated system. Therefore, the BetoScan robot was developed. Gaining more experience in applications was realized with the inspection of a car park which was unused for several years. The building was made of reinforced concrete with melted asphalt as floor coating. Within the frame of the inspections eddy current, radar, ultrasound and microwaves were used. The application of the BetoScan system and the results are presented in this article.

1

„Förderung von innovativen Netzwerken“ (Innonet) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) ein selbstfahrender, selbstnavigierender und automatisierter Bauwerksscanner für die Betonflächendiagnose unter dem Namen „BetoScan“ entwickelt [1]. Die Roboterplattform kann gleichzeitig mehrere zerstörungsfrei arbeitende Messsensoren aufnehmen. Es gilt jedoch, noch weitere Erfahrungswerte mit der Roboterplattform, die sich am Übergang von der Forschung zum Praxiseinsatz befindet, zu sammeln und so die Praxistauglichkeit des Systems zu analysieren.

Einleitung

Die Thematik des „Nachhaltigen Bauens“ ist in den letzten Jahren nicht nur aus politischen Gründen in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Neben Neubauprojekten wird auch der Aspekt des „Bauens im Bestand“ verstärkt aus ökologischer, ökonomischer und soziokultureller Sicht betrachtet. Um diese Ziele mit ihrem hohen Anspruch zu erreichen, müssen vielfach neue Wege eingeschlagen werden. Ein wichtiger Ansatzpunkt liegt in der objektiven Beurteilung der Neubauqualität und der Zustandserfassung von Bestandsbauten. Dies eröffnet ein großes Anwendungsgebiet für zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP-Verfahren), die die Materialeigenschaften, den Zustand und die Art und Weise ihrer Verwendung transparent erscheinen lassen, ohne dem Messobjekt gleichzeitig irgendwelche Schäden (abgesehen von punktuellen Bauteilöffnungen) zuzufügen. Die Bauund Materialforschung hat in den letzten Jahrzehnten verschiedene praxistaugliche zerstörungsfreie Methoden zur Bauwerksdiagnose entwickelt. In der Praxis hat sich gezeigt, dass jede dieser Methoden für einen speziellen Einsatzbereich geeignet ist und so meist mehrere Methoden in Kombination zur Anwendung gelangen müssen, um eine umfassende Beurteilung realisieren zu können und die Aussagefähigkeit der Untersuchungsergebnisse zu erhöhen. Von Vorteil sollte hierbei eine automatisierte vollflächige Zustandsdiagnose sein, die bei größeren Messobjekten, wie z. B. Industriegebäuden oder Infrastrukturbauwerken, zum Einsatz kommen kann. Um wirtschaftlich vertretbar auch solche Flächen zu erfassen, wurde im Rahmen des Forschungsprogramms 794

Der hier vorgestellte Praxistest wurde an einem langjährig genutzten Parkhaus durchgeführt. Hierbei sollte untersucht werden, ob das Prüfsystem sinnvoll in einem Parkhaus, das mit Zwischendecken aus Stahlbeton und aufgebrachter Fahrbahn aus Gussasphalt aufgebaut ist, eingesetzt werden kann. Weiterhin sollte geprüft werden, ob die Ergebnisse für den sachverständigen Bauwerksprüfer und Planer verwertbar sind. Im Rahmen der Prüfaufgabe war es nicht das Ziel, eine komplette Bauwerksuntersuchung durchzuführen, sondern im Wesentlichen die Eigenschaften des vollautomatisierten Systems im praxisnahen Einsatz zu erproben.

2 2.1

Hintergründe zum System BetoScan Motivation zur Kombination und Automatisierung von ZfP-Verfahren durch die Roboterplattform BetoScan

Ausführliche Hinweise zu diesem Abschnitt findet man in [1]. Die entwickelten und praxistauglichen Handgeräte, die hier zum Einsatz kommen, haben in der Regel sehr

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spezielle Anwendungsgebiete und liefern meist nur eine Messgröße. Um jedoch den maximalen Informationsgewinn zum Ist-Zustand von Bauwerken zu erhalten, ist die Kombination von verschiedenen ZfP-Verfahren, möglichst mit unterschiedlichen physikalischen Untersuchungsmethoden sowie flächendeckend, anzustreben [2]. Bild 1 zeigt die zurzeit im System BetoScan einsetzbaren Prüfsensoren. Die mit grünem Rahmen gekennzeichneten Verfahren wurden bei dieser automatisierten Bauwerksdiagnose eingesetzt: Wirbelstrom, Ultraschall, Mikrowelle sowie Verfahren zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Weiterhin wurden Wirbelstrom und Radar zusätzlich an ausgewählten Stellen mittels Handmessungen durchgeführt. Die methodische Beschreibung der Verfahren ist in [1, 2] zu finden. Die blau umrandeten Sensoren konnten aufgrund der isolierenden Gussasphaltschicht im vorliegenden Fall nicht eingesetzt werden bzw. werden erst in das System integriert. Durch die Kombination der Untersuchungsverfahren werden so Synergieeffekte ausgenutzt, und ein wirtschaftlicher und effizienter Einsatz wird ermöglicht. Durch das automatisierte Bauwerkscannen werden viele Nachteile der klassischen Schadensdiagnosen, wie z. B. Schädigung des Objekts durch großflächige Probennahme, Wartezeit auf die Untersuchungsergebnisse usw., beseitigt. Mit dem Einsatz der quasi autonomen mobilen Roboterplattform können in relativ kurzer Zeit flächige Bauwerksdiagnosen in horizontaler Lage erfolgen [3]. Durch flächenidentische Wiederholungsmessungen kann zudem ein Langzeit-Monitoring durchgeführt werden. Wiederholte Messungen in größeren Zeitabständen können so Veränderungen des Schadensbildes erfassen und das Schadensausmaß für ein Schadensgutachten, die Kostenermittlung oder die Instandsetzungsplanung besser nutzen sowie Fehlentscheidungen reduzieren. Fehlentscheidungen bei der Schadensaufnahme können weitreichende Folgen haben. Im Extremfall kann es bei unterschätztem Instandsetzungsumfang auch wirtschaftlicher werden, ein Bauwerk abzubrechen.

Bild 1

Messsensoren und Geräte, die mit dem BetoScan eingesetzt werden können Sensors and devices which can currently be used with the BetoScan system

2.2

Motivation zur Anwendung von zerstörungsfreien Prüfverfahren im Bauwesen 2.2.1 Rechtliche Aspekte Bauwerke im Allgemeinen als auch Bauwerke der Infrastruktur und Gebäude des Hochbaus unterliegen der Verkehrssicherungspflicht. Die Verkehrssicherungspflicht im Bereich des Hochbaus leitet sich aus dem Bürgerlichen Gesetzbuch §§ 823 ff. BGB [4] ab. § 823 BGB regelt die Schadensersatzpflicht im Falle von vorsätzlicher oder fahrlässiger widerrechtlicher Verletzung von Leben, Körper, Gesundheit, Freiheit, Eigentum oder ein sonstiges Recht eines anderen. Durch den § 823 BGB ist der Unterhaltungspflichtige gesetzlich verpflichtet, Bauwerke in einem verkehrssicheren Zustand zu halten bzw. zu unterhalten. Weiter lässt sich die Verkehrssicherungspflicht aus dem Bauordnungsrecht, dem § 17 (Verkehrssicherheit) der Landesbauordnung (LBO) des Saarlandes [5] und der Musterbauordnung (MBO) [6] zurückführen. § 17 Abs. 1 LBO und MBO führt aus, dass bauliche Anlagen und die dem Verkehr dienenden Flächen von bebauten Grundstücken verkehrssicher sein müssen. Auch § 3 Abs. 1 (Allgemeine Anforderungen) LBO [5] verweist darauf, dass von Bauwerken keine Gefahr für die öffentliche Sicherheit und Ordnung ausgehen darf. Eine weitere Prüf- und Kontrollpflicht von Gebäuden enthält die im Februar 2010 erschienene VDI-Richtlinie 6200, Standsicherheit von Bauwerken [7]. Für Bauwerke des Bundes regeln die „Richtlinien für die Durchführung von Bauaufgaben des Bundes“ (RBBau) [8] in Verbindung mit der „Richtlinie für die Überwachung der Verkehrssicherheit von baulichen Anlagen des Bundes“ (RÜV) [9] für die Bauwerks- und Zustandsüberwachung die entsprechenden Vorgehensweisen [10]. Die vorgenannten Gesetze und Richtlinien, die nicht abschließend aufgeführt sind, beziehen sich allesamt auf die Sicherheit und die ordnungsgemäße Benutzung von Bauwerken, die zu jeder Zeit gegeben sein müssen. Häufig fehlt den Eigentümern oder den Verfügungsberechtigten das Bewusstsein oder die Kenntnis, dass sie für die Bauwerks- und die Verkehrssicherheit zuständig sind. So wird heute von der Fachwelt, aber auch verstärkt von den Gerichten gefordert, dass alles Machbare unternommen wird, um den verkehrssicheren Zustand zu gewährleisten. Dadurch kommen immer öfter zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Zustandserfassung zum Einsatz. Zu den rechtlichen Aspekten ist abschließend festzuhalten: Je höher das Gefährdungspotenzial, desto größer muss die Inspektionstiefe der getroffenen Maßnahmen zur Sicherstellung der Verkehrssicherheit sein.

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2.2.2 Wirtschaftliche Aspekte Private Bauträger und Eigentümer haben die Verantwortung, wirtschaftlich mit den zur Verfügung stehenden Finanzmitteln umzugehen. Das heißt, dass sich die Investition schnellstmöglich amortisieren muss und zudem dazu beiträgt, im wirtschaftlichen Wettbewerb zu bestehen. Die öffentliche Hand mit Bund, Ländern und Kommunen ist z. B. durch die Bundes-, Landes- und Kommunalhaushaltsordnungen zu einem wirtschaftlichen und sparsamen Handeln rechtlich verpflichtet. Aufgrund der immer älter werdenden Bausubstanz in Deutschland besteht ein schnell steigender Finanzbedarf für die Erhaltung der bestehenden Bauwerke. Dies lässt sich z. B. an der Bestandszahl von Brücken aus dem Verkehrsinvestitionsbericht 2010 des Deutschen Bundestags [11] ersehen. So wird in dem Bericht für den Bereich der Bundesfernstraßen eine aktuelle Bestandszahl von ca. 38 800 Brücken ausgewiesen. Das Anlagevermögen allein hierfür beträgt rund 50 Mrd. Euro. Hierbei sind die Brücken im Landes- und Kommunaleigentum nicht berücksichtigt. Weiterhin führt der Bericht auf, dass ein erheblicher Anteil dieser Brücken aus den 1960er und 1970er Jahren stammt und grundhaft erneuert werden muss. Ähnlich verhält es sich mit den Gebäuden aus dem Hochbau. So können auch hier künftig verstärkt zerstörungsfreie Prüfverfahren dazu beitragen, durch eine substanzorientierte Erhaltung eine ausreichende Qualität der Bauobjekte sicherzustellen. Die während der Nutzung gewonnenen Daten, so auch die Ergebnisse aus zerstörungsfreien Prüfverfahren, tragen mit ihrer hohen Aussagekraft dazu bei, den bestmöglichen Zeitpunkt zur Instandsetzung zu bestimmen. Bild 2 zeigt, dass gerade die Planungsphase, ob Neubau, Umbau oder Modernisierung, der günstigste Zeitpunkt ist, um auf die Kostenentwicklung Einfluss zu nehmen. So muss es das Ziel sein, eine möglichst detaillierte Planungsphase anzustreben, um einen unsystematischen Neubau oder eine Instandsetzung zu vermeiden. Durch eine umfassende und qualitativ hochwertige Planung, die zudem mit ZfP-Verfahren unterstützt wird, können kostspielige Überraschungen reduziert werden. Um eine gute

Planung zu realisieren, muss der Bauherr aber bereit sein, höhere Planungskosten zu tragen. In den meisten Fällen werden so Nachträge/Baukosten reduziert, denn Nachträge unterliegen nicht dem Wettbewerb und verursachen meist höhere Baukosten. Durch das Vermeiden von Nachträgen werden Bauablaufstörungen merklich reduziert und die geplante Bauzeit leichter eingehalten. Die dargestellte Vorgehensweise trägt also zu einem wirtschaftlichen Bauen und zur Einhaltung des geplanten Baubudgets bei.

2.2.3 Nachhaltigkeitsaspekte Ziel des nachhaltigen Bauens ist die optimierte Nutzung eines Bauwerks im Lebenszyklus oder sogar die Verlängerung der planmäßigen Nutzung, um den Ressourcenverbrauch, die Umweltbelastung und die Gesamtwirtschaftlichkeit zu verbessern oder Ressourcen zu schonen [12]. Durch den gezielten Einsatz von zerstörungsfreien Prüfverfahren im Bereich des Neubaus und der Instandsetzung können die Qualität und somit die Dauerhaftigkeit von Bauwerken gesteigert werden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass bei einer Weiter- oder Umnutzung eines bestehenden Bauwerks in der Regel ein geringerer Ressourcenverbrauch stattfindet [12]. So können mit Unterstützung moderner Technik gut durchdachte Instandsetzungsstrategien entwickelt werden, die den Lebenszyklus unter gleichzeitiger maximaler Ausnutzung der eingesetzten Baustoffe erheblich verlängern und so die Kosten deutlich senken. Zu guter Letzt ist im Rahmen der Baumaßnahmenabwicklung eine gute Bauüberwachung, die über ein zertifiziertes Qualitätsmanagement verfügt, von hoher Bedeutung. Wie bereits erwähnt, können zur Qualitätssicherung wiederum zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Anwendung gelangen, mit denen die geplanten Ziele überprüft, entsprechend dokumentiert und umgesetzt werden. Dies stellt wiederum die Nachhaltigkeit eines Bauwerks sicher.

2.2.4 Technische Aspekte Durch zerstörungsfreie Prüfverfahren können immer mehr klassische Prüfverfahren, die auf der Zerstörung des Probekörpers beruhen, ersetzt werden.

Bild 2

Einwirkungsmöglichkeiten auf die Kostenentwicklung [12] Factors influencing the development of the costs [12]

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Die größere Anzahl von Untersuchungsergebnissen ermöglicht eine zuverlässigere Aussage über den Ist-Zustand. Somit wird die statistische Wahrscheinlichkeit eines Zustandes wesentlich erhöht, und ein Baustoff oder ein Baukörper wird in Bezug auf seine Tragfähigkeit oder Dauerhaftigkeit wesentlich realitätsbezogener ausgelastet. Diese Vorgehensweise ermöglicht eventuell Materialeinsparungen, die Realisierung höherer Nutzlasten/Nutzlastreserven oder die Steigerung der Nutzungsdauer.


Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Untersuchungen am realen Baukörper durchgeführt werden und nicht an gesondert hergestellten Probekörpern. So kommt es nicht zu einer Schwächung oder gar einer Schädigung der Bausubstanz durch entnommene Probekörper, was gegebenenfalls zu weiteren Schwierigkeiten bzw. Bauschäden führen kann. Durch die Vor-Ort-Untersuchungen werden die Proben auch nicht durch die Entnahme verändert oder gar geschädigt. Weitere Einsatzmöglichkeiten für ZfP-Verfahren bestehen im Bereich der Qualitätssicherung (birth-Zertifikate); dies im Rahmen der Eigen- und Fremdüberwachung.

3 3.1

Bild 3

Grundriss vermaßt Plan with dimensions

Bild 4

Parkebene 4, Messfeld mit drei Parkbuchten und Fahrspur Parking Level 4, the measurement field with 3 parking spaces and traffic lane

Durchführung der Bauwerksuntersuchung Objektbeschreibung

Untersucht wurde ein jahrzehntelang genutztes und seit längerer Zeit stillgelegtes Parkhaus aus Stahlbeton aus dem Jahr 1969. Die Zwischendecken wurden mit einer Fahrbahn aus Gussasphalt hergestellt. Das Messfeld war durch ein darüberliegendes Parkdeck weitestgehend vor Regen geschützt. Zum Prüfobjekt lagen keine Bestandsunterlagen vor, sodass nur Informationen aus der örtlichen Erkundung verfügbar waren. Das gesamte Parkhaus wurde aus schlaffer Bewehrung und in Ortbetonbauweise hergestellt. Im Untersuchungsbereich sind die Decken auf Unterzügen aufgelagert, wie in Bild 3 dargestellt.

3.2

Planung der Prüfaufgabe/Vorbereitungen

Zur Untersuchung wurde ein Eckbereich der 4. Parkhausebene, wie in Bild 4 dargestellt, ausgewählt. Es handelt sich um eine durchschnittliche Parkfläche mit Fahrspur in einem Kurvenbereich. Weiterhin befindet sich in diesem Bereich eine leichte Mulde, in der sich Niederschlag oder durch die Fahrzeuge eingeschlepptes Schmelzwasser sammelte.

3.3

Vorbereitung und Einsatz der Roboterplattform BetoScan

Prinzipiell ist bei jeder Bauwerksuntersuchung ein Studium der Bauwerks- und Bestandsunterlagen erforderlich. In diesem Punkt unterscheiden sich die zerstörungsfreie und die zerstörende Bauwerksanalyse nicht voneinander. Da keine Bestandsunterlagen vorliegen, konnte nicht wie in [13] empfohlen, ein zusätzlicher Informationsgewinn zur statischen und konstruktiven Ausführung, zu Kenndaten der eingesetzten Baustoffe sowie zur Kenntnis von Ausführungsdetails und des Ausführungszeitraums erfasst und beurteilt werden. Im Weiteren ist vor der Zustandserfassung dringend eine Ortsbesichtigung vorzunehmen, um die Einsatzfähigkeit des Systems zu prüfen. Das Messfeld wurde vollflächig mit einem Hammer abgeklopft, um Vergleichs-/Verifizierungsmöglichkeiten für

die eingesetzten ZfP-Verfahren zu ermöglichen. Dabei wurden zahlreiche Hohlstellen durch akustische Klangunterschiede festgestellt (vgl. Markierungen in Bild 6). Diese sind vermutlich auf Ablösungen (Delaminationen) zwischen Gussasphalt und Konstruktionsbeton zurückzuführen. Aus den vorgenannten Punkten und den meist komplexen Zusammenhängen kann man ersehen, dass eine Bauwerksdiagnose immer ein „maßgeschneidertes“ Vorgehen verlangt und eine Untersuchung „von der Stange“, die auf den ersten Blick wirtschaftlicher erscheint, meist nicht zielführend ist [14]. Um einen zielgerichteten Einsatz der Untersuchungsmethoden unter Berücksichtigung der angestrebten Instandsetzungskonzeption zu erreichen, muss immer ein qualifizierter/sachkundiger Planungsingenieur (vgl. hierzu auch [15]), der mit den einzusetzenden ZfP-Verfahren vertraut ist, hinzugezogen werden. Hiermit wird sichergestellt, dass alle Randbedingungen, die für den Prüfablauf wichtig sind, in die Bauwerksanalyse einfließen und die Einsatzmöglichkeiten der ZfP-Verfahren richtig eingeschätzt sowie die Verfahren insgesamt fachkundig eingesetzt werden. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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3.4

Im Messfeld zum Einsatz kommende ZfP-Verfahren

Durch die Vorbesichtigung des Parkhauses und die dadurch gewonnene Erkenntnis, dass eine Gussasphaltschicht als Fahrbahn vorhanden ist, musste auf den Einsatz der Potentialfeldmessung mit dem Roboter verzichtet werden. Um das Potentialfeldmessverfahren einzusetzen, ist der direkte Kontakt zur Konstruktionsbetonoberfläche erforderlich. Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten konnten nur die grün umrandeten Geräte aus Bild 1 eingesetzt werden. Zur Verifizierung der Ergebnisse wurden im Anschluss zerstörende Prüfungen wie Bohrkerne und Aufbrüche hergestellt.

3.5

Vorbereiten der Roboterplattform

Zu Beginn erfolgte eine Orientierungsfahrt über das Messfeld. Während der Fahrt wird die aktuelle Position über einen Laserscanner bestimmt. So werden die im Messfeld und Umgebung vorhandenen Wände, Brüstungen und Stützen durch Reflexionen des Lasermessgerätes als sogenannte Landmarken aufgezeichnet. Das konfigurierte Prüffeld hat eine Abmessung von ca. 6,30 m × ca. 10,50 m. Dies entspricht einem Bereich von drei Parkbuchten und einem Teil der Fahrspur.

4 4.1

Auswertung der Untersuchungen Feuchtemessung mit Mikrowellen

Bei der Messfahrt wurde kontinuierlich der Feuchteindex in zwei unterschiedlichen Tiefenbereichen (bis 4 cm bzw. bis 20 cm) gemessen (Bild 5). Der Feuchteindex beziffert nur einen gemessenen Wert (somit ohne Dimension) und kann bei Vorliegen von entsprechenden Kalibrierungswerten für bestimmte Materialien in relative Bauteilfeuchtewerte [%-Vol.] zur Umrechnung gelangen. Ein hoher Feuchteindex lässt auf hohe Feuchtigkeit schließen. Es liegen bislang bei der Anwendung der Mikrowellenfeuchtesensoren nur Erfahrungen und Kalibrierwerte für Beton vor, sodass die folgenden Überlegungen und Auswertungen rein experimentellen Forschungscharakter besitzen. Die Messtiefe bis 4 cm entspricht hier in etwa der Stärke der Gussasphaltschicht, die zwischen 4 und 5 cm liegt. Die im unteren Teil von Bild 5b dargestellten Werte (Tiefe bis 20 cm) werden hauptsächlich vom Betonquerschnitt beeinflusst. Wobei hier aber auch berücksichtigt werden muss, dass in der gesamten Messtiefe von 20 cm ein Gussasphaltanteil von 4 bis 5 cm steckt. Dies entspricht somit 20 bis 25 % der Messtiefe. Wie groß die Beeinflussung tatsächlich ist, ist ohne Kalibrierwerte für Gussasphalt nicht bestimmbar. Somit können die Messergebnisse nur als Anhaltspunkte betrachtet werden. Die Asphaltlage wies sichtbare Ablösungen von der Betondecke auf. Diese Delaminationen können das Mikrowellensignal beeinflussen, wenn sie mehr als ein Viertel der Wellenlänge betragen (hier ca. 3 cm). Die Verifikati798

a)

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b)

Bild 5

Feuchteindex (ohne Dimension) in den Tiefen bis 4 cm (Bild 5a) bzw. bis 20 cm (Bild 5b) Bauteiltiefe Humidity Index (dimensionless) in the depth up to 4 cm (Fig. 5a) and up to 20 cm (Fig. 5b).

onsuntersuchungen lassen aber den Schluss zu, dass diese Größenordnung bei den Ablösungen nicht vorlag. Aufgrund des stark porösen Zustands der Asphaltoberfläche und der aufgetretenen Delaminationen ist eine Unterläufigkeit des Asphalts gegeben, sodass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass sich Feuchtigkeit in der darunter liegenden Betondecke ansammeln konnte, und die erhöhten Messwerte auf erhöhte Feuchtigkeit zurückzuführen sein dürften. Hier muss aber auch angemerkt werden, dass das Parkhaus seit einigen Jahren nicht mehr als solches genutzt wird und so durch Fahrzeuge kein Wassereintrag erfolgte und somit auch keine hohen Feuchtewerte zu erwarten waren. Um einen eventuellen Zusammenhang zwischen der Bauteilfeuchtekonzentration und den vorgefundenen Hohlstellen zu finden, wurden nachfolgende Arbeitsschritte ausgeführt: Das Messfeld wurde abgeklopft sowie die vorgefundenen Hohlstellen vor Ort aufgezeichnet. Im nächsten Schritt wurden die Hohlstellen örtlich eingemessen und auf Millimeterpapier aufgetragen (Bild 6), um sie später in ein CAD-Programm zu übernehmen, sodass die Ergebnisse zur Überlagerung mit den gemessenen Feuchteindexwerten zur Verfügung standen. Die Überlagerung von Feuchtewerten und Hohlstellenanzeigen zeigt eine relativ grobe Korrelation dieser beiden Bereiche (Bild 7). Dies kann gegebenenfalls darauf zurückgeführt werden,


ckung wurden Werte zwischen 17 und 44 mm gemessen. Diese Werte mussten kritisch hinterfragt werden, da dies bedeuten würde, dass die Bewehrung im Gussasphalt liegen müsste. Durch Kontrollbohrungen konnte eine Gussasphaltstärke von bis zu 5 cm ermittelt werden. Die mit dem Wirbelstromverfahren gemessenen Betondeckungen konnten somit definitiv nicht richtig sein. Dies warf die Frage auf, warum die Fehlmessungen auf der gesamten Fläche zustande kamen. Im Rahmen der weiteren Fehlersuche kam der Gedanke auf, dass eventuell der Konstruktionsbeton ferritische Bestandteile aufweist, was auch nach der gängigen Literatur (z. B. [16]) zu Fehlmessungen führen kann.

Bild 6

Schadenskataster mit Hohlstellen auf Millimeterpapier Damage plot with area indicating delaminations

Dieser Gedanke war durch die sich in Sichtweite befindende „angrenzende“ Hochofenanlage denkbar, da hier Eisenerz verhüttet wurde. Die Überlegungen wurden dadurch gestärkt, dass die Gussasphaltoberfläche ein leicht bräunliches Aussehen hat, was auf Eisenoxid hinweisen könnte. Aufgrund der vorberichteten zusätzlich entstandenen Fragestellung entschloss man sich dazu, weitere örtliche Untersuchungen vorzunehmen, um den Fehlmessungen auf den Grund zu gehen. Im Rahmen des zweiten Untersuchungsprogramms wurden folgende Untersuchungen/ Verifizierungen durchgeführt:

Bild 7

Feuchteindex (ohne Dimension) bis 4 cm Humidity Index (dimensionless) up to 4 cm

dass sich unter den Hohlstellen Feuchtigkeit angereichert hat. Bei der Korrelation der Ergebnisse der Hohlstellendetektion mit der Bestimmung der Feuchtewerte ist auch zu beachten, dass beim Abklopfen der vorliegenden Gussasphaltschicht die Grenzlinien zwischen Hohlstellen und den Bereichen mit festem Verbund fließend sind. Auch beim Übertrag in das Schadenskataster (Bild 6) können Abweichungen vom tatsächlichen Schadstellenbereich entstehen, sodass die räumliche Überlagerung eine gewisse Unschärfe aufweist. Durch die vorgenommenen Untersuchungen konnte somit nur ein Verdacht, aber kein zwingender Zusammenhang zwischen erhöhter Feuchtigkeit und Hohlstellen hergeleitet werden.

4.2

Wirbelstromverfahren

Nach einer ersten örtlichen flächigen Auswertung der Wirbelstrommessergebnisse wurden widersprüchliche Messergebnisse festgestellt. Bei der Messung der Betonde-

– Vergleichsmessungen mit Ferroscan von Hilti als Handmessung – Herstellung von großflächigen Aufbrüchen mit Feststellung der Betondeckung – Bohrkernentnahme – Ergänzende Radarmessungen als Handmessung – Potentialfeldmessung und Betonwiderstandsmessung (auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll) Nach der Entnahme des ersten Bohrkerns aus dem Gussasphalt lag es nahe, das Profoscope direkt an das Probestückchen zu halten. Wie in Bild 8 zu erkennen ist, wird bei dem 4 cm dicken Probestück, das keine Bewehrung beinhaltet, ein Messergebnis von 74 mm angezeigt. Bei näherer Betrachtung des Bohrkerns sind deutlich glänzende metallische Einschlüsse zu erkennen. Um auszuschließen, dass die Fehlmessungen gerätespezifisch sind, wurden Vergleichsmessungen mit Ferroscan von Hilti auf dem Gussasphalt durchgeführt. Diese Messungen führten zum gleichen Ergebnis. Weiterhin wurde zum Nachweis, dass es sich hier um ferritischen Zuschlag bzw. um Schlacke aus der Eisenherstellung handelt, ein Magnet eingesetzt. Auf Bild 9 ist deutlich zu erkennen, dass die zerkleinerte Gussasphaltprobe von einem Magneten angezogen wird. Mit den vorbeschriebenen Maßnahmen konnte abschließend gezeigt werden, dass die Fehlmessungen durch ferromagnetische Zuschlagstoffe verursacht wurden. Das Einsatzgebiet des Wirbelstromverfahrens beschränkt sich somit im vorliegenden Fall auf Bereiche mit direktem Kontakt zum Konstruktionsbeton. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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Bild 8

Fehlmessungen, ausgelöst durch ferritische Einschlüsse Measurement errors caused by ferritic inclusions

Bild 10 Überprüfung der Betondeckung in der Aufbruchstelle Review of the concrete cover

ren Störzonen vorhanden sind, kam zur Kontrollprüfung ein Handgerät zum Einsatz. Aus dieser zusätzlichen Untersuchung resultierte, dass direkt auf der Betonoberfläche die exakte laterale Lage und die Betondeckung der Bewehrung ermittelt werden können. Abschließend ist zur Auswertung der Wirbelstrommessungen zu sagen, dass die obere Bewehrung nach der zur Bauzeit gebräuchlichen Betondeckung viel zu tief liegt, was in Bestandsbauten ein häufiges Problem darstellt. Nach der damals gültigen DIN 1045 von 1959 [17] waren an der Plattenoberseite Betondeckungen von 1 cm bzw. im Freien von 1,5 cm vorzusehen.

Bild 9

Magnetischer Gussasphalt mit Ferritanteil Magnetic ferrite with asphalt

Die hier gewonnenen Erkenntnisse machen deutlich, dass man sich nicht zwangsläufig alleine auf ein zerstörungsfreies Prüfverfahren verlassen darf/kann. Zur Ergänzung und zum Abgleich der Prüfergebnisse sind z. B. Radarmessungen und örtliche Bauteilöffnungen sinnvoll. Zum Nachweis, dass auf der Betonoberfläche verwertbare Ergebnisse mit dem Wirbelstrom- und Radarverfahren möglich sind, wurden weitere Messflächen angelegt. Ein Messraster/Grid von 1,0 m × 1,0 m wurde im Aufbruch und ein Grid mit gleicher Größe auf dem Gussasphalt angelegt. Da zur Auswertung der Wirbelstrommessergebnisse bzw. zur Bestimmung der Betondeckung der Bewehrungsdurchmesser bekannt sein muss, wurde zur Verifizierung Bewehrungsstahl freigelegt (Bild 10). Anhand des Aufbruchs konnten ein Bewehrungsdurchmesser von 5 mm und eine Betondeckung der obersten Lage von 4 cm sowie ein ausreichend alkalischer Beton festgestellt werden. Zur Sicherheit, dass das Wirbelstromverfahren direkt auf der Oberfläche eingesetzt werden kann und keine weite800

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Meist ist die zu tief liegende obere Bewehrung auf fehlende oder unzureichend dimensionierte Abstandshalter zurückzuführen. Vor einer weiteren Nutzung des zurzeit stillgelegten Parkhauses müsste eine statische Überprüfung erfolgen.

4.3 Radar 4.3.1 Erste Radarmessung während des BetoScanEinsatzes Da die Integration des Radarverfahrens in das Robotersystem zur Zeit der Untersuchung noch in der Entwicklung war, wurden zur Ergänzung der BetoScan-Untersuchung manuelle Radarspuren aufgenommen. Bild 11 zeigt eine einzelne Radarspur, die mit der SAFT-Methode rekonstruiert wurde. Zusätzlich wurden in Bild 11 die Betondeckung der oberen sowie der unteren Bewehrung und der Rückwand kenntlich gemacht. Vergleicht man die Resultate mit jenen aus den zerstörenden Untersuchungen (Bohrkerne, Bauteilöffnungen), so wird erkennbar, dass die detektierte Tiefenlage der Bewehrung eine sehr gute Übereinstimmung zeigt. In Bild 12 werden die ermittelten Bauteilstärken und die


Bild 11 Radarergebnisse nach 2D-SAFT-Rekonstruktion, Messstrecke 4 m Radar results after 2D-SAFT reconstruction, 4 m measuring range

Bild 13 Radarmessung in der Aufbruchstelle Radar measurement where the asphalt was broken up

lokaler Koordinatennullpunkt linke obere Ecke y- Achse Bild 12 Ergebnis der Radarergebnisse nach SAFT-Rekonstruktion im Vergleich mit Bohrkern Radar results after SAFT reconstruction in comparison with core sample

obere Bewehrungslage nochmals im Vergleich mit einem Bohrkern gezeigt.

x- Achse Bild 14 Oberflächenparalleler Schnitt der Radarergebnisse auf Gussasphalt (Schnitttiefe 5 cm) Section of the radar results taken parallel to the surface and measured on asphalt (Cutting depth: 5 cm)

4.3.2 Radar-Grid-Untersuchung bei Verifikationseinsatz Aufgrund der bereits unter Abschn. 4.2 „Wirbelstromauswertung“ beschriebenen Schwierigkeiten entschloss man sich dazu, bei der zweiten örtlichen Bauwerksuntersuchung (Verifikationseinsatz) weitere Radaruntersuchungen durchzuführen. Im Gegensatz zur Radarspur, bei der das Radarsystem von Mala mit der 1,2 GHz-Antenne zum Einsatz kam, wurde für die Ergänzungsmessungen das Radarsystem von GSSI 3000 mit der 2,0 GHz-Antenne verwendet (Bild 13). Aufgrund der gewonnenen Erfahrungen mit dem Wirbelstromverfahren wurden zwei Radar-Grids, eins auf dem Gussasphalt und eins auf dem Konstruktionsbeton, aufgenommen. Aus Bild 14 wird ersichtlich, dass das Radarverfahren keine Schwierigkeiten hat, die Gussasphaltschicht mit dem ferritischen Zuschlag zu durchdringen und klare Bilder der ersten Bewehrungslage zu liefern. Dies ist darauf zurückzuführen, dass hier nur sehr kleine punktuelle Reflexionen durch den ferritischen Zuschlag entstehen, die nicht zu einer totalen Abschattung führen, wie es beim Wirbelstromver-

obere Bewehrung

untere Bewehrung

Bild 15 B-Bild (Längsschnitt) parallel zur X-Achse B-picture (editor) parallel to the X-axis

fahren der Fall ist. Durch die in Bild 15 gewählte Darstellungsform eines Schnittes wird die Lage gut nachvollziehbar. Die obere Bewehrung liegt in einer Gesamttiefe von ca. 8 cm, und somit resultiert bei Abzug einer AsphaltstärBeton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

801

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Bild 16 Vergleich zwischen Wirbelstrom- und Radarauswertung, Messung direkt auf dem Konstruktionsbeton Comparison between eddy current and radar analysis, Measurement directly on the structural concrete

ke von rund 4 cm eine Betondeckung von ca. 4 cm. Die untere Bewehrungslage ist zudem schemenhaft zu erkennen. Weiterhin wurde eine Messung im Aufbruch durchgeführt. Die Auswertung dieser Ergebnisse brachte die gleiche Qualität hervor, wie sie auf dem Gussasphalt erzielt wurde. Vergleicht man die Ergebnisse der Wirbelstrommessung auf der Betonoberfläche (Handmessung) mit der Radarauswertung, so ist eine sehr gute Übereinstimmung der lateralen wie auch der Tiefenlage der oberen Bewehrung festzustellen. Die Radaruntersuchung liefert allerdings im Bereich mit Überlappungen die eindeutig besseren Ergebnisse. So kann mit der Radarmessung der Überlappungsbereich von zwei Bewehrungsmatten sichtbar gemacht werden, was bei der Auswertung mit dem Wirbelstromverfahren so nicht möglich ist. In den beiden Darstellungen in Bild 16, die im Aufbruch direkt auf dem Konstruktionsbeton erzeugt wurden, ist dies gut zu erkennen. Hier zeigt das Radarverfahren klar seine Vorteile. Mit dem Radarverfahren besteht die Möglichkeit, auch bei enger Bewehrungslage noch eindeutige Ergebnisse hervorzubringen. Im vorliegenden Fall konnten zwei Einzeleisen mit einem Abstand von ca. 4,5 cm und einer Tiefe von ca. 4 cm noch klar voneinander getrennt dargestellt werden, was beim Wirbelstromverfahren nicht möglich war.

4.4

Möglichkeit, das Messraster zu verkleinern (gegebenenfalls auch bei einer zweiten Messung), was die Messdauer allerdings erheblich verlängert. Durch die Zuordnung verschiedener Farben zu unterschiedlichen zeitlichen Reflexionstiefen des Ultraschallsignals können die daraus ermittelten Materialdicken visualisiert werden. Durch die gewählte Farbskalierung ist es sehr schnell möglich, Hohlstellen zwischen der Gussasphaltschicht und der Betonoberfläche zu lokalisieren, da eine Luftschicht zu einer Totalreflexion führt. Die Messstellen wurden so gewählt, dass sie mit den anhand der Bohrkerne ermittelten Längen verglichen werden konnten. Durch die zusätzliche Überlagerung der örtlich festgestellten Hohllagen, die durch Abklopfen ermittelt wurden (Bild 17), bestätigten sich grob die Ergebnisse aus der Ultraschallmessung. Eine Lokalisierung von Hohlstellen mit dem Ultraschallverfahren kann nur bei vollständiger Ablösung/Trennung der Schichten erfolgen. Um eine Reflexion auszulösen, ist ein Luftspalt zwischen zwei Schichten erforderlich. Die nur grobe Übereinstimmung ist u. a. auf das Messraster von 50 cm zurückzuführen. Ein Messraster von 25 cm würde exaktere Ergebnisse liefern.

Ultraschall

Zur Bauteildickenbestimmung und zur Hohlstellenortung wurde ein diskontinuierlich messendes Ultraschallverfahren eingesetzt. Diskontinuierlich bedeutet, dass für die Ankopplung des Messkopfes an die Oberfläche der Roboter zur Messung anhalten muss. Je nach gewähltem Messpunktabstand vergrößert sich die Messzeit gegenüber einer kontinuierlichen (berührungslosen) Messung mit den anderen Verfahren erheblich. Strukturelemente, wie unterschiedliche Bauteildicken oder Unterzüge, sind bei Einsatz des diskontinuierlichen Ultraschallverfahrens natürlich auch vom Messpunktabstand abhängig. Je nach Prüfaufgabe besteht hier die 802

Bild 17 Überlagerung Hohllagen aus Abklopfen und Ultraschallergebnisse (Messraster 50 cm) mit den vorhandenen Unterzügen Superposition of the plan of the construction, the mapped delaminations (Measuring height 50 cm) and the results of the ultrasound measurements

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In Bild 17 sind die Ultraschall-, die händische Abklopfuntersuchung und die Unterzüge dargestellt. Der Bereich der Unterzüge zeichnet sich dadurch aus, dass kein starkes Rückwandecho auftritt und er ebenfalls weiß dargestellt ist (siehe beispielhafte Pfeile in Bild 17). Im Gegensatz zur Handmessung kann bei der automatisierten Messung der Untersuchungspunkt im laufenden Prüfdurchgang nicht frei gewählt werden. Daher bestimmt der Messpunktabstand auch das Auflösungsvermögen geometrischer Strukturen. In diesem Fall führt das dazu, dass die Lage der Unterzüge nur relativ grob aufgelöst wird. Um die Messergebnisse, insbesondere die Hohlstellen und die Gesamtmaterialstärke zu verifizieren, wurden


rimentellen Forschungsarbeit, die mit dem Robotersystem erstmals großflächig möglich ist. Anhand des Beispiels wird ersichtlich, dass zusätzliche, ggf. auch zerstörende Bohrkernentnahmen weiterhin ihre Berechtigung zur Verifikation der Ergebnisse finden, die dann auch in bestimmten Fällen mit der einfachen Klopfprobe ergänzt werden können. Auch die Anwendung von Impakt-Echo mit einem automatisierten System wäre denkbar.

5

Bild 18 Entnahmestelle von unten mit Zuordnung der Bohrkerne Taking place from below with assignment of cores

drei Bohrkerne gezogen. Anhand der entnommenen Bohrkerne konnte eine gute Übereinstimmung der Bohrkernlängen mit den Ultraschallergebnissen festgestellt werden. Bei der Bauteilöffnung konnten so deutlich Delaminationen zwischen dem Konstruktionsbeton und dem Gussasphalt festgestellt werden. Vergleicht man abschließend die Ergebnisse aus der zerstörungsfreien Ultraschallmessung und der Klopfprobe mit dem Schichtaufbau aus der zerstörenden Bohrkernentnahme, so kann nur teilweise eine Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen des Ultraschallverfahrens, der Bohrkerne und der Abklopfprüfung hergestellt werden. An diesem Punkt wird besonders deutlich, wie groß der Human-Faktor bei händischer Bauwerksprüfung ist. Durch den Vorgang – Abklopfen der Oberfläche/Übertrag der Ergebnisse in örtlich erstelltes Schadenskataster/Übertragung in CAD-Programm zur Überlagerung mit Ultraschallergebnissen – haben sich offensichtlich Ungenauigkeiten eingeschlichen. Diese Fehlerquelle wird durch die automatisierte Messung mit unmittelbar erstelltem Schadenskataster eliminiert. Die Anwendung des Ultraschallverfahrens auf Asphalt ist ebenfalls Teil der expe-

Fazit

Abschließend ist festzuhalten, dass der hier vorgefundene Fahrbahnaufbau weit verbreitet ist. Außergewöhnlich war jedoch der ferritische Zuschlag aus Schlacke der Erzschmelze im Gussasphalt. Dies hatte den großen Vorteil, dass hierdurch neue Erkenntnisse für die Anwendung und die Auswertung von ZfP-Verfahren gewonnen werden konnten. Zum anderen konnten aber durch die Besonderheit der Gussasphaltschicht und deren Isolationswirkung nicht alle Vorteile des selbstnavigierenden vollautomatischen Bauwerksscanners BetoScan genutzt werden, da dadurch zwei ZfP-Verfahren – Wirbelstromverfahren und Potentialfeldmessung – nicht nutzbar waren. Bei der heutigen Ausführung des BetoScan ist zu beachten, dass für einen wirtschaftlichen Einsatz des Robotersystems ausreichend große waagerechte befahrbare Prüfflächen vorliegen müssen, da das Konfigurieren des BetoScan vor seinem Einsatz noch einen gewissen zeitlichen Aufwand erfordert, der bei kleineren Prüfflächen nicht in Relation zum herkömmlichen Prüfaufwand steht. Schließlich gilt es anzumerken, dass es gerade dem Konzept des Forschungsprojektes BetoScan entspricht, die Anwendbarkeit auf solche Großflächen hinsichlich der Wirtschaftlichkeit und Aussagekraft durch die gleichzeitigen multisensorischen Datenaufnahmen (Einsatz, Prüfeinsatz) zu untersuchen. Diese grundsätzliche Zielsetzung wurde erreicht.

Literatur [1] STOPPEL, M.; TAFFE, A.; KIND, T.; REICHLING, A.; KURZ, J.: Zustandsermittlung und Schadensdiagnose für Parkhäuser mit automatisierten zerstörungsfreien Prüfverfahren. Betonund Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 10, S. 690–694. [2] TAFFE, A.; KIND, T.; STOPPEL, M.; KURZ, J.: Bauwerkscanner zur automatisierten und kombinierten Anwendung zerstörungsfreier Prüfverfahren im Bauwesen. Beton- und Stahlbetonbau 106 (2011), Heft 4, S. 267–276. [3] STOPPEL, M.; KURZ, J.; REICHLING, K.: Selbstfahrendes Scannersystem für Betonflächendiagnosen. Abschlussbericht 01.01.2007 bis 31.12.2009. [4] Bürgerliches Gesetzbuch (BGB), in der Fassung von August 2009. [5] Landesbauordnung (LBO) des Saarlandes in der Fassung vom April 2004.

[6] Musterbauordnung (MBO), Bauministerkonferenz der Arbeitsgemeinschaft für Städtebau, Bau- und Wohnungswesen zuständigen Minister und Senatoren der Bundesländer, ARGEBAU, Fassung November 2002 mit letzter Änderung vom Oktober 2008. [7] VDI-Richtlinie 6200, Standsicherheit von Bauwerken, Ausgabedatum Februar 2010. [8] Richtlinien für die Durchführung von Bauaufgaben des Bundes (RBBau), Bundesministerium für Verkehr, Bau, und Stadtentwicklung, Ausgabe 2003. [9] Richtlinie für die Überwachung der Verkehrssicherheit von baulichen Anlagen des Bundes (RÜV), Bundesministerium für Verkehr, Bau, und Stadtentwicklung, Ausgabe März 2006.

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

803

FACHTHEMA ARTICLE

D. R. Hussung, J. H. Kurz, M. Stoppel: Automated non-destructive inspection techniques for large reinforced concrete constructions – an example of use


D. R. Hussung, J. H. Kurz, M. Stoppel: Automatisierte zerstörungsfreie Prüftechnik für großflächige Stahlbetontragwerke

[10] HILLEMEIER, B.; TAFFE, A.: Aktuelle Regelwerke der Bauwerksdiagnostik. In: Bauphysik-Kalender 2012: Gebäudediagnostik (Hrsg. N. A. F OUAD), Ernst & Sohn, S. 57–101. [11] Verkehrsinvestitionsbericht 2010 des Deutschen Bundestags, Drucksache 17/4980 vom 01.03.2011. [12] Leitfaden Nachhaltiges Bauen, Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, Stand Februar 2011. [13] HILLEMEIER, B.; F LOHRER, C.; KRELL, J.; MARQUARDT, G.; ORLOWSKY, J.; R AUPACH, M.; SCHUBERT, K.; SCHULER, S.: Instandsetzung und Erhaltung von Betonbauwerken. Beton-Kalender 2011, Band 2, Abschnitt XV, Ernst & Sohn Verlag. [14] Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen – Aktuelle Regelwerke und Hinweise zum Stand der Technik. Heft 19, Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V., Im Bericht von HANNES F IALA „Erhaltung und Instandsetzung von Betonbauwerken – Welche Verantwortung trägt der Eigentümer“, Ausgabe 2010. [15] DAfStb-Richtlinie: Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie). Teil 1–4, 2001–10, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. [16] F LOHRER, C.: Orten der Bewehrung und Messen der Betondeckung. In: CZIESIELSKI, E. (Hrsg.); Bauphysik-Kalender 2004, Verlag Ernst und Sohn (2004) Kap. C1, 2 Strukturaufklärung, Abs. 2.8, S. 370–379. [17] DIN 1045: Beton- und Stahlbeton, Bauwerke aus Stahlbeton. Ausgabe: November 1959, erschienen im Beton-Kalender 1969, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin u. München.

Autoren

Dipl.-Ing. (FH), M. Eng. Dieter R. Hussung Zertifizierter Sachverständiger für Bauschäden, Baumängel und Instandsetzungsplanung (TAS®) Limbacherweg 26 66459 Kirkel dieter.hussung@arcor.de

Dr.-Ing. Dipl.-Geophys. Jochen H. Kurz Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP Campus E3 1 66123 Saarbrücken jochen.kurz@izfp.fraunhofer.de

Dr.-Ing. Markus Stoppel Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Fachbereich 8.2 (Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren) Unter den Eichen 87 12205 Berlin markus.stoppel@bam.de

AKTUELL

Bemessung von Mauerwerk nach neuer Europäischer Norm Eurocode 6 Seit Juli 2012 lösen auch in Deutschland die Eurocodes die DIN-Normen ab; der Eurocode 6 für die Bemessung und Ausführung von Mauerwerk gilt vorerst über eine Gleichwertigkeitserklärung. Die Neuerungen, die sich aus seiner bevorstehenden bauaufsichtlichen Einführung für Mauerwerksbemessungen ergeben, waren Thema von vier Herbsttagungen des Bundesverbandes Porenbeton. Das Regelwerk mit europäischen Vorgaben und nationalen Randbedingungen wurde den alten DIN-Bemessungsvorschriften gegenübergestellt und mit der Praxisverglichen. Da für den Eurocode 6 noch die nationalen brandschutztechnischen Regelungen und das Umschreiben der bestehenden Mauerwerkszulassungen abgearbeitet werden müssen, wird seine bauaufsichtliche Einführung für 2013/2014 erwartet. Nach der von der Fachkommission Bau-

804

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

technik herausgegebenen Gleichwertigkeitserklärung gilt bis dahin, dass Bauteile entweder nach alter DIN 1053 oder nach neuem Eurocode 6 bemessen werden können. Bei der Bemessung und Ausführung von Porenbeton gibt es nach wie vor vereinfachte Nachweisverfahren. In vielen Fällen stellt der Eurocode nichts Neues im Vergleich zur DIN dar. Die meisten Regelungen sind unverändert übernommen. Lediglich bei den Baustoffkennwerten, vor allem bei der Ermittlung der zulässigen Mauerwerksdruckfestigkeit, ist eine Umstellung zu beachten. Es empfiehlt sich, zuerst in die Nationalen Anhänge und erst dann in die Eurocodes zu schauen. Die Bemessung von Porenbetonmauerwerk lässt sich auf relevante Punkte reduzieren. Für eine Reduzierung von Zulassungen wird die jetzt ebenfalls enthaltene Bemessung von Planelemente-Mauerwerk sorgen; neu ist

die Berücksichtigung der teilweise aufliegenden Deckenplatte. Vereinfachte Verfahren für Gebäude bis 20 m Höhe oder für Häuser mit höchstens drei Geschossen bleiben erhalten; einfache Formeln stehen zur Verfügung. Darauf haben die deutschen Vertreter im europäischen Normungsausschuss gedrungen. Jetzt sprechen die Eurocodes für mehr als 20 EU-Länder eine einheitliche Sprache. Brandschutz bildet in Deutschland einen Sonderfall. Die brandschutztechnische Bemessung für Mauerwerk erfährt durch den Teil 1-2 des Eurocode 6 und die Überarbeitung des Bauteilkatalogs für den Brandschutz DIN 4102-4 Veränderungen. Im bislang noch nicht als Weißdruck erschienenen Nationalen Anhang werden dafür detaillierte, sich an dieser Norm orientierende Regelungen aufgeführt. Th.


FACHTHEMA

Frank Weise, Katja Voland, Stephan Pirskawetz, Dietmar Meinel

Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton Einsatz innovativer Prüftechniken Zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung finden normativ der Betonversuch mit Nebelkammerlagerung bei 40 °C und alternativ der 60 °C-Betonversuch Anwendung. Als Beurteilungskriterium für den Schädigungsprozess wird bei beiden Verfahren die an Betonprismen diskontinuierlich ermittelte Dehnung herangezogen. Auch bei den zusätzlich in der Nebelkammer gelagerten Würfeln beschränkt sich die Schadensanalyse auf eine diskontinuierliche Verfolgung der maximalen Breite der Oberflächenrisse. Im Rahmen des Beitrags wird eine neuartige, bereits erfolgreich erprobte zerstörungsfreie Prüfmethodik vorgestellt. Diese ermöglicht durch eine gleichzeitige kontinuierliche Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessung eine kontinuierliche Verfolgung der inneren Gefügeveränderungen in den Betonprüfkörpern während der AKR-provozierenden Lagerung. Dabei wurden drei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen der inneren Gefügeveränderung mit einer Dominanz von Hydratation, Rissbildung sowie vermutlicher Rissverfüllung mit Reaktionsprodukten identifiziert. Die ablaufenden Rissbildungsprozesse wurden zusätzlich mit diskontinuierlich durchgeführten röntgentomografischen Untersuchungen zeitlich und räumlich visualisiert. Die CT-Befunde wurden durch mikroskopische Untersuchungen bestätigt.

Analysis of ASR-induced damage processes in concrete Application of innovative measurement techniques The alkali-reactive potential of aggregates is assessed according to the German guidelines by two different test methods. These are the 40 °C fog chamber storage and as an alternative method the 60 °C concrete prism test. In both tests, the discontinuously measured expansion of ASR-generating stored concrete prisms is used as criterion for the internal damage process. The damage analysis of the cubes additionally stored in the 40 °C fog chamber is also restricted to the discontinuous measurement of the crack width on the cubes surfaces. This paper describes an innovative, already successfully applied, non-destructive measurement methodology. This methodology enables a continuous monitoring of the internal damage processes in ASR-generating stored concrete specimens due to a continuous recording of expansion, acoustic emission and ultrasonic velocity. Thereby, three sequent phases of internal structural changes dominated by hydration, crack formation and filling of the cracks with ASR-gel and/or other reaction products can be detected. The crack formation was temporally and spatially visualised by discontinuously applied X-ray computed tomography measurements. Microscopic analyses confirm the findings of the X-ray 3D-CT.

1

wie in Bild 1a zu erkennen, im Anfangsstadium in einer Dunkelfärbung im Bereich der Fugenkreuze und Querscheinfugen. Anschließend ist eine zunehmende Ausbildung von Netz- und Längsrissen zu beobachten (Bild 1b). Als Folgeschäden treten Betonausbrüche und Verschotte-

Motivation

In den letzten Jahren sind vermehrt Schäden an nur acht bis zwölf Jahre alten Betonfahrbahndecken im deutschen Bundesautobahnnetz zu beobachten. Diese äußern sich, a)

Bild 1

b)

Visuell erkennbare Schadensentwicklung auf Betonfahrbahndecke im Bereich der Querscheinfuge mit primärer AKR-Beteiligung; a) Anfangsstadium mit einer Dunkelfärbung der Betonoberfläche; b) Fortgeschrittener Schädigungszustand mit stark ausgeprägter Rissbildung Visible damage development on the concrete motorway primarily induced by ASR; a) Initial stage with darkening of the concrete surface; b) Advanced stage of damage with a strong crack formation

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

DOI: 10.1002/best.201200049


F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton

rungen im Bereich der Querscheinfugen auf. Trotz umfangreicher Forschung ist der Mechanismus dieses Schädigungsprozesses bisher unzureichend geklärt. Das gilt auch für den Schädigungsprozess bei der präventiven Prüfung der Alkaliempfindlichkeit der Gesteinskörnung in den normativ geregelten Betonversuchen. Von großem Nachteil für das Verständnis des Schädigungsprozesses ist hier, dass die inneren Gefügeveränderungen während der AKR-provozierenden Lagerung lediglich diskontinuierlich und integral über den Prüfkörperquerschnitt erfasst werden. Hierfür werden bei der Nebelkammerlagerung bei 40 °C gemäß deutscher Alkali-Richtlinie [1] bzw. gemäß adäquater internationaler Normung nach ASTM [2], CSA [3] und RILEM [4] sowie auch beim alternativ verwendeten 60 °C-Betonversuch gemäß [1] und [5] die Masseänderungen und Dehnungen an Prismen diskontinuierlich erfasst. Begleitend hierzu werden oft zusätzlich die Ultraschallgeschwindigkeit und die Eigenfrequenz an prismatischen Prüfkörpern als integrale Zustands- und Schädigungsindikatoren bestimmt. An den in der Nebelkammer gleichfalls gelagerten Würfeln beschränkt sich die Schadensanalyse auf die diskontinuierliche Erfassung der Entwicklung der maximalen Weite der Oberflächenrisse. Erschwerend kommt beim 60 °C-Betonversuch hinzu, dass bisher vor jeder diskontinuierlichen Messung die Betonprüfkörper in einem geschlossenen Behälter abgekühlt werden müssen. Durch dieses Prozedere entsteht im Prüfkörper ein Feuchte- und Temperaturgradient, der zu Eigenspannungen führt. Diese wiederum können zusätzliche Risse zur Folge haben, die nicht durch eine AKR induziert sind und somit das Ergebnis verfälschen.

Zur Lösung der beschriebenen Probleme wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) eine neuartige zerstörungsfreie Prüfmethodologie entwickelt und erprobt. Dies erfolgte im Rahmen eines von der AiF geförderten und gemeinsam mit dem Forschungsinstitut für Zement (FIZ) des Vereins deutscher Zementwerke e.V. (VDZ) bearbeiteten Forschungsvorhabens, das die Untersuchung des Einflusses der Gefügedichte von Fahrbahndeckenbetonen auf die schädigende AKR zum Gegenstand hatte [6].

2 2.1

Innovative Prüfmethodologie und Prüfmethoden Prüfmethodologie

Der Fokus der Forschung der BAM lag auf der Entwicklung und Adaption der neuartigen Prüfmethodologie zur Verfolgung der inneren Gefügeentwicklung beim 60 °CBetonversuch. Zusätzlich wurden einzelne Prüftechniken auch bei der Nebelkammerlagerung erprobt. Zentraler Bestandteil der neuartigen Prüfmethodologie sind kontinuierliche Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessungen. Damit wird das Ziel verfolgt, den Verlauf der Gefügeveränderungen in den Betonprüfkörpern während der verschiedenartigen AKR-provozierenden Lagerungen integral zu beschreiben. Aufbauend auf den versuchsbegleitend ausgewerteten Ergebnissen wurde die Röntgen 3D-Computertomografie (Röntgen 3D-CT) zu bestimmten Zeitpunkten gezielt eingesetzt. Sie soll neben der zeitlichen auch eine räumliche Visualisierung des AKR-induzierten Rissbildungsprozesses ermöglichen. Zur Validierung der CT-Befunde erfolgten aufbauend gezielte mikroskopische und mikrochemische Untersuchungen.

Bild 2

Messaufbau für kontinuierliche Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschall-Messungen an Betonzylindern im 60 °C-Betonversuch Test setup for continuous measurement of expansion, acoustic emission and ultrasound on concrete cylinders during 60 °C concrete prism test

806

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


2.2

Kontinuierliche Dehnungsmessung

Für die kontinuierliche Dehnungsmessung wurden spezielle Prüfrahmen entwickelt und erprobt. In diesen werden die Prüfkörper vertikal einseitig frei beweglich gelagert. Die Dehnungsmessung selbst wird mit speziell für die aggressiven Umgebungsbedingungen ausgelegten induktiven Wegaufnehmern (IWA) realisiert. Die hierfür erforderliche Sensorentwicklung erfolgte gemeinsam mit dem Hersteller. Die Bilder 2a bis 2c vermitteln einen optischen Eindruck von der Sensorapplikation für die kontinuierliche Weg- bzw. Dehnungsmessung am Betonprüfkörper beim 60 °C-Betonversuch.

2.3

Kontinuierliche Schallemissionsund Ultraschallmessung

Während der Einsatz von Ultraschalltechnik zur diskontinuierlichen Verfolgung AKR-induzierter Schädigungsprozesse durchaus verbreitet ist, wurde hier erstmals die Schallemissionsanalyse (SEA) angewandt. Das Messprinzip der SEA basiert darauf, dass die Bildung von Rissen in elastischen Probekörpern ruckartige Materialverschiebungen an den Rissufern hervorruft. Diese Materialverschiebungen breiten sich im Probekörper in Form von elastischen Wellen, d. h. Schallwellen, aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit, Frequenz und Dämpfung der entstandenen Wellen hängen wesentlich von den elastischen Eigenschaften des getesteten Baustoffes ab. Durch den Einsatz piezoelektrischer Sensoren, die mit einem Koppelmittel an der Oberfläche des Prüfkörpers appliziert werden, können die Schallwellen registriert und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden (Bild 3). Für die Untersuchungen wurde ein SE-Messsystem der Firma Vallen GmbH mit integriertem automatischen Sensortest eingesetzt. Das ermöglicht zusätzlich die Ermittlung der Ultraschalllaufzeit im AKR-provozierend gelagerten Betonprüfkörper. Aufgrund der aggressiven Umgebungsbedingungen bedurfte es auch hier einer Entwicklung neuartiger Sensortechnik.

Vorverstärker

Quelle

Interpretation

Das Bild 2d zeigt exemplarisch die Sensorapplikation für die kontinuierliche Schallemissions- und Ultraschallmessung an den Stirnseiten des Betonzylinders beim 60 °CBetonversuch. Außerdem wurde diese Sensortechnik auch am Würfel während des Betonversuchs in der Nebelkammer erprobt (Bild 4).

2.4

Diskontinuierliche röntgentomografische Messungen

Der Einsatz der Röntgen 3D-CT eröffnet erstmals die Möglichkeit der zeitlichen und räumlichen Visualisierung der AKR-induzierten Rissbildung in Betonen ohne zerstörenden Eingriff. Die Grundlage dieses Prüfverfahrens bildet die Durchstrahlungsprüfung. Diese wiederum basiert auf der unterschiedlichen Schwächung der Röntgenstrahlung durch Dichte- und Dickenunterschiede im Prüfobjekt. Die hierfür erforderliche Messanordnung ist dem Bild 5a in schematischer Form zu entnehmen. Sie besteht aus der Strahlenquelle, im hier vorliegenden Fall einer Röntgenröhre, dem auf einem Drehtisch befindlichen Prüfobjekt und einem Detektor. Das Messprinzip der Röntgen 3D-CT basiert auf der Durchstrahlung des Prüfobjektes mit Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln über seinen gesamten Umfang. Dazu wird der auf einem Drehtisch befindliche Prüfkörper schrittweise gedreht. In der jeweiligen Standposition erfolgt die Durchstrahlungsprüfung. Als Ergebnis erhält man eine Vielzahl an Einzelbildern mit der Verteilung der radiografischen Dichte. Aus diesen wird anschließend mit speziellen Rekonstruktionsalgorithmen das Bild mit der räumlichen Verteilung der Absorptionskoeffizienten α im Prüfobjekt berechnet (Bild 5a). Durch die so erfolgende Abbildung der radiografischen Dichteunterschiede kann im jeweiligen Betonprüfkörper die räumliche Verteilung der Gesteinskörnung, der Zementsteinmatrix, der Luftporen sowie der Gefügeschäden (Risse u. a.) sichtbar gemacht werden [8 bis 10].

Hoch- / Tiefpass-Filter

Nachverstärker

Qualitative Analyse

Speicher SE-Parameter

Quantitative Analyse

Speicher Wellenform

A / DWandler

Prüfkörper Erfassungseinheit Bild 3

Messaufbau bei der Schallemissionsanalyse in Anlehnung an [7] Test setup of acoustic emission analysis according to [7]

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

807

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analysis of ASR-induced damage processes in concrete


F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton

Bild 4

Messaufbau für kontinuierliche Schallemissions- und Ultraschallmessung an Betonwürfeln im 40 °C-Betonversuch in der Nebelkammer Test setup for continuous meausurement of acoustic emissions and ultrasound velocity on concrete cubes during 40 °C concrete test in the fog chamber

Minireaktor mit Betonzylinder

Detektor

Mikrofokusröntgenröhre

Röntgenröhre

Prüfobjekt auf Drehtisch

Absorptionsbild

α = f(x,y,z)

a. Messprinzip a. Measuring principle Bild 5

Detektor

b. Verwendete Messanordnung b. Applied measuring arrangement for ASRinvestigations

Messaufbau der 3D-CT für die Visualisierung des inneren Gefügezustandes im Betonzylinder Test setup of X-ray 3D-CT for the visualization of the internal microstructure condition in the concrete cylinder

Für die tomografischen Untersuchungen gelangte hier die im Bild 5b dargestellte 3D-Mikrofokusanlage zum Einsatz. Zur Erreichung einer möglichst hohen Ortsauflösung und damit zur besseren Visualisierbarkeit der inneren Gefügeveränderungen im Betonprüfkörper wurde einerseits als Strahlenquelle eine 225 kV Mikrofokusröntgenröhre sowie andererseits ein α-Si Flachdetektor mit einer Größe von 2048 Pixel × 2048 Pixel verwendet. Aus dem gleichen Grund erfolgten die tomografischen Untersuchungen nicht an prismatischen sondern an zylindrischen Prüfkörpern. Ausgehend von dem verwendeten Durchmesser des Betonzylinders von 70 mm und der vorstehend angeführten Detektorgröße ergibt sich bei den hier erfolgten tomografischen Untersuchungen eine Ortsauflösung von 35 bis 40 μm. 808

Manipulatortisch

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Als großes Problem erwies sich bei der hochauflösenden tomografischen Untersuchung eines Betonzylinders die relativ lange Messzeit von ca. 16 Stunden. Zur Vermeidung verfälschender Einflüsse eines unkontrollierten Feuchtehaushalts im Prüfkörper während der CT-Messung wurde im Rahmen des Projektes ein Minireaktor entwickelt. Dieser stellt die klimatische Konditionierung der Proben entsprechend der jeweiligen Art des Betonversuchs während der langen CT-Messzeit sicher und beugt somit einer verfälschenden Rissbildung infolge hygrothermisch induzierter Eigenspannungen vor. Jeder Prüfkörper wurde sowohl vor, während als auch nach seiner AKRprovozierenden Lagerung tomografiert. Im Endzustand erfolgten vergleichende Tomografien vor und nach der Trocknung des AKR-geschädigten Prüfkörpers.


2.5

Validierung der CT-Befunde

Zur Validierung der CT-Befunde wurden mikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Es sollte so u. a. stichprobenartig geprüft werden, welche Rissbreite mit der Röntgen 3D-CT aufgelöst werden kann. Ergänzend wurde analysiert, ob sich in den Rissen AKR-Gel befindet. Zur Klärung der Fragestellungen wurden Dünnschliffe gewonnen und am Mikroskop bei Durchlicht in einfach polarisiertem Licht und bei gekreuzter Polarisation sowie im Auflicht unter Ultraviolettstrahlung (UV) untersucht. Zur Analyse der Reaktionsprodukte in den Rissen erfolgten zusätzlich rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX).

3 3.1

3.2 Prüfergebnisse 3.2.1 Kontinuierliche Dehnungs-, Schallemissionsund Ultraschallmessungen

Anwendungsbeispiel Beton und Prüfprogramm

Die Leistungsfähigkeit der neuartigen Prüfmethodologie zur Charakterisierung der inneren Gefügeveränderungen während der AKR-provozierenden Lagerung wird nachfolgend exemplarisch anhand eines Betons mit einem hoTab. 1

Betonzusammensetzung

Das Ergebnis der simultanen Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessungen am Betonzylinder während des 60 °C-Betonversuchs ist dem Bild 6a zu entnehmen. Die vergleichende Betrachtung der im gleichen Zeitmaßstab untereinander aufgetragenen Dehnung, der

Charakterisierung des Betons mit hohem inneren AKR-Schädigungspotenzial Characterisation of concrete with a high internal ASR-damage potential

Merkmal

Beton 30 Vol-% Rheinsand 40 Vol-% Grauwacke-Splitt 2/8 mm 40 Vol-% Grauwacke-Splitt 8/16 mm

Gesteinskörnung

Zement

Art Na2O-Äquivalent [M-%] Gehalt [kg/m3]

w/z-Wert Zusatzmittel

CEM I 42,5 R 1,18 400 0,35 –

Druckfestigkeit 28 d [MPa] Spaltzugfestigkeit 28 d [MPa] Rohdichte [g/cm3]

Tab. 2

hen inneren AKR-Schädigungspotenzial aufgezeigt. Letzteres wurde einerseits durch die Verwendung einer sehr reaktiven Grauwacke in den Splittfraktionen 2/8 und 8/16 mm sowie andererseits durch den Einsatz eines Zementes mit einem sehr hohen Na2O-Äquivalent sichergestellt (Tab. 1). Die neuartige Prüfmethodologie wurde dabei primär im 60 °C-Betonversuch erprobt. Zusätzlich wurde die Leistungsfähigkeit der SE/US-Sensorik auch an Betonwürfeln im 40 °C-Betonversuch in der Nebelkammer vergleichend untersucht. Einen zusammenfassenden Überblick über die ermittelten Zustands- und Schädigungsindikatoren bei den verschiedenartig AKR-provozierend gelagerten Betonprüfkörpern gibt die Tab. 2.

76,4 6,9 2,46

Zustands- und Schädigungsindikatoren bei AKR-Betonversuchen Condition and damage indicators of ASR concrete tests

Art der AKR-provozierenden Lagerung des Prüfkörpers Zustands- und Schädigungsindikator

Rissweite

diskontinuierlich

Dehnung SE-Aktivität

kontinuierlich

US-Geschwindigkeit Rissbild (Röntgen 3D-CT)

diskontinuierlich

60 °C-Betonversuch

Nebelkammer (40 °C)

Zylinder (∅ 70 mm, H = 28 cm)

Würfel (a = 30 cm)

×

×

×

×

×

×

×

×

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

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F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton

Max. Rissweite [mm]

2,0 1,5 1,0 0,5

0,15 0,1 0,05

400

1000

300

200

100

750

500

250

0

5000

5000

Schallgeschwindigkeit [m/s]

0

4800 4600 4400 4200

4800 4600 4400 4200 4000

0

28

56

84

112

Lagerungszeit [d]

Phase 1 (Hydratation dominant) Phase 3 (vermutlich Rissfüllung dominant) a. 60 °C-Betonversuch an Betonzylindern im Reaktor a. 60°C concrete prism test

140

0

56

112 168 224 280 336

Lagerungszeit [d]

Phase 2 (Rissbildung dominant) b. 40 °C-Betonversuch am Würfel in der Nebelkammer b. 40°C concrete test in the fog chamber on a cube

Ergebnisse der kontinuierlichen Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessungen der unterschiedlich AKR-provozierend gelagerten Betonprüfkörper Results of continuous expansion, acoustic emission and ultrasound measurements on concrete specimen during different ASR concrete tests

Schallemissionsaktivität, hier ausgedrückt als Anzahl der Schallereignisse pro Zeiteinheit, und der Ultraschallgeschwindigkeit zeigt, dass zwischen den einzelnen Kurvenverläufen eine sehr gute Korrelation besteht. Diese wiederum gestattet wertvolle Rückschlüsse auf den zeitlichen 810

0,2

0

4000

Bild 6

0,25

0,0

Schallemissionen [Hits/Tag]

Dehnung [mm/m] Schallemissionen [Hits/Tag]

Schallgeschwindigkeit [m/s]

Ultraschallmessungen

Schallemissionsanalyse

Dehnungs- bzw. Rissbreitenmessung

2,5

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Verlauf der inneren Gefügeveränderungen im Beton während der AKR-provozierenden Lagerung. Prinzipiell sind dabei drei zeitlich aufeinanderfolgende Phasen der inneren Gefügeveränderung, die auch farblich


Virtueller Vertikalschnitt durch den Bohrkern Ausgangszustand

nach 60°C-Betonversuch und Trocknung

10 mm

10 mm

Absorption (radiografische Dichte) Räumliche Einordnung

Bild 7

hoch

Visualisierung des inneren Gefügezustandes im Betonzylinder vor und nach dem 60 °C-Betonversuch mit der Röntgen 3D-CT Visualisation of internal microstructure in the concrete cylinder before and after the 60 °C concrete prism test by X-ray 3D-CT

5 mm Bild 8

niedrig

0 Monate

2 Monate

5 Monate

Zeitliche Entwicklung AKR-induzierter Rissbildung im Detail A des virtuellen Vertikalschnittes (Bild 7) im 60 °C-Betonversuch Temporal development of ASR-induced crack formation in the detail A of the virtual vertical cross section (fig. 7) during the 60 °C concrete prism test

in den Diagrammen hinterlegt sind, erkennbar. Die erste Phase unmittelbar nach der Einlagerung der Betonzylinder wird maßgebend von der Hydratation des Zementes bestimmt. Indikatoren hierfür sind die deutliche Zunahme der Ultraschallgeschwindigkeit bei vernachlässigbarer Schallemissionsaktivität und Dehnung. In der sich anschließenden zweiten Phase (ab ca. sieben Tage nach Probeneinlagerung) dominiert die vermutlich primär

AKR-induzierte Rissbildung im Betonzylinder. Indikatoren hierfür sind die verstärkte Schallemissionsaktivität und Dehnung bei gleichzeitiger Abnahme der Ultraschallgeschwindigkeit. Bemerkenswert ist, dass diese Phase bereits nach ca. 30 Tagen weitestgehend abgeschlossen ist. Die sich daran anschließende dritte Phase ist durch eine leichte Zunahme der Ultraschallgeschwindigkeit bei gleichzeitig vernachlässigbarer Schallemissionsaktivität Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analysis of ASR-induced damage processes in concrete


F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton

und Dehnungszunahme geprägt. Es liegt hier die Vermutung nahe, dass sich in der dritten Phase die AKR-induzierten Risse mit einem AKR-Gel und/oder anderen Reaktionsprodukten füllen, was eine bessere Ausbreitung der Ultraschallwellen ermöglicht. Auch die im Bild 6b adäquat aufgetragenen Ergebnisse der diskontinuierlich ermittelten maximalen Rissbreite, der Schallemissionsaktivität und der Ultraschallgeschwindigkeit für den bei 40 °C in der Nebelkammer gelagerten Würfel lassen auf eine gleichartige phasenspezifische Veränderung der inneren Gefügeausbildung schließen. Allerdings ist hier die Dauer der einzelnen Phasen aufgrund der geringeren Temperatur während der AKRprovozierenden Lagerung und der kompakteren Prüfkörpergeometrie erheblich länger.

b

a CT-Scan

3.2.2 Diskontinuierliche röntgentomografische Messungen Ausgewählte Ergebnisse der diskontinuierlich an Betonzylindern durchgeführten röntgentomografischen Untersuchungen sind in den Bildern 7 und 8 dargestellt. So zeigt das Bild 7 exemplarisch den gleichen virtuellen Vertikalschnitt durch einen Betonzylinder vor und nach dem 60 °C-Betonversuch. In diesem Grauwertbild repräsentieren helle Bereiche eine hohe radiografische Dichte. Aus diesem Grund erscheint die Gesteinskörnung in der Regel hell, während die Poren und Risse dunkel abgebildet werden. Der Grauwert der Zementsteinmatrix liegt zwischen beiden Extremalwerten. Eine vergleichende Betrachtung der Grauwertbilder zeigt, dass die Qualität des Grauwertbildes im Ausgangszustand geringer ist. Das schlechtere Signal-Rausch-Verhältnis ist auf den erhöhten Feuchtegehalt im Betonzylinder und die Wasserbefüllung im Minireaktor zurückzuführen. Trotz der unterschiedlichen Bildqualität ist eine verstärkte Rissbildung durch die Lagerung im 60 °C-Betonversuch erkennbar. Dies verdeutlicht auch die Detaildarstellung im Bild 8. So ist hier trotz eingeschränkter Bildqualität in dem Detailbild nach zweimonatiger Reaktorlagerung eine signifikante Rissbildung erkennbar, was die Ergebnisse der kontinuierlichen Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessungen bestätigt.

5 mm

b

a Mikroskopie (UV-Auflicht)

5 mm

b

3.3.3 Validierung der CT-Befunde Aufschluss über die Güte des CT-Befundes geben die Bilder 9 und 10. So zeigt das Bild 9 den gleichen Vertikalschnitt durch den Prüfkörper, der mit der Röntgen 3D-CT und unter UV-Auflicht mit Lichtmikroskopie gewonnen wurde. Die mikroskopische Aufnahme wurde aus Anschaulichkeitsgründen invertiert. Eine vergleichende Betrachtung der inversen mikroskopischen Aufnahme mit dem dazugehörigen virtuellen Vertikalschnitt der Röntgen 3D-CT zeigt, dass prinzipiell die Risse mit beiden Verfahren gut abgebildet werden. Eine Quantifizierung der tomografisch detektierbaren Rissbreite erlaubt das 812

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

a Invertierte Mikroskopieaufnahme Bild 9

5 mm

Vergleich der Übersichtsbilder der Röntgen 3D-CT und der Mikroskopie mit Markierung ausgewählter Risse Comparision of overview screens of X-ray 3D-CT and microscopy with marked selected cracks


Detail b

CT-Scan

Detail a

Lichtmikroskopie (UV- Auflicht)

1 mm

1 mm 16 μm

23 μm

13 μm

27

19 μm

10 μm 12 μm

gekreuzte Polarisatoren

parallele Polarisatoren

1 mm

Polarisationsmikroskopie

10 μm

1 mm

1 mm

100 μm

100 μm

Bild 10 Vergleichende Darstellung ausgewählter tomografisch und mikroskopisch ermittelter Details aus Bild 9 Comperative presentaion of seleted details determined by X-ray 3D-CT and microscopy of figure 9

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

813

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analysis of ASR-induced damage processes in concrete


F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Beton

Bild 10. So zeigt die vergleichende Betrachtung des Details a bzw. b aus dem Bild 9 von der Lichtmikroskopie und der Röntgen 3D-CT, dass trotz einer Kantenlänge des Voxels von 39 μm Risse ab einer Breite von ca. 20 μm tomografisch sicher aufgelöst werden können. Weitergehende Untersuchungen mit dem Polarisationsmikroskop in den Rissen zeigen, dass insbesondere bei Detail a in den Rissen partiell ein AKR-Gel vorgefunden wird. Dies wurde auch durch weiterführende Untersuchungen mit REM/EDX bestätigt.

Darüber hinaus wurden mit den diskontinuierlich durchgeführten röntgentomografischen Untersuchungen die AKR-induzierten Rissbildungsprozesse in den Betonzylindern zeitlich und räumlich visualisiert. Mit den validierenden mikroskopischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass mit der verwendeten Messanordnung für die Röntgen 3D-CT Risse ab einer Breite von ca. 20 μm identifiziert werden können. Zusätzlich wurde durch die ergänzend durchgeführten mikroskopischen Untersuchungen gezeigt, dass partiell in den Rissen AKR-Gel vorgefunden wird.

4

Basierend auf den bisherigen Erfahrungen soll die Leistungsfähigkeit der hier vorgestellten innovativen Prüfmethodologie perspektivisch wie folgt weiter verbessert werden:

Zusammenfassende Betrachtungen und Ausblick

Es wurde exemplarisch an einem Anwendungsbeispiel der Nachweis erbracht, dass der Einsatz innovativer Prüftechniken und Prüfmethodologien neue Möglichkeiten bei der Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse in Betonen eröffnet. So wurde hier erstmals gezeigt, dass durch simultane Dehnungs-, Schallemissions- und Ultraschallmessungen die inneren Gefügeveränderungen im Beton während der AKR-provozierenden Lagerung im 60 °C-Betonversuch ganzheitlich abgebildet werden können. Dabei lassen sich die inneren Gefügeveränderungen in drei zeitlich hintereinander ablaufende Phasen einteilen: – Phase 1: Dominanz der Hydratationsprozesse im jungen Beton (Erhöhung der Ultraschallgeschwindigkeit bei vernachlässigbarer Schallemissionsaktivität und Dehnung) – Phase 2: Dominanz der AKR-induzierten Rissbildung (verstärkte Schallemission und Dehnung bei gleichzeitiger Verringerung der Ultraschallgeschwindigkeit) – Phase 3: Vermutliche Dominanz des Füllens der Risse mit AKR-Gel und/oder Ettringit (Abklingen der Schallemission und Dehnungen bei gleichzeitiger leichter Erhöhung der Ultraschallgeschwindigkeit) Auch bei dem Schadensmonitoring mit Schallemissionsanalyse und Ultraschall an Betonwürfeln im 40 °C-Betonversuch in der Nebelkammer konnten die vorstehenden Phasen der inneren Gefügeveränderung identifiziert werden.

– Erhöhung der Empfindlichkeit der Schallemissionsund Ultraschallmessungen zur Erfassung möglichst geringer innerer Gefügeveränderungen im Beton durch Anwendung der Coda-Wellen-Interferometrie [11] – Verbesserung der Ortsauflösung von Teilvolumina bei der Röntgen 3D-CT durch Implementierung der „Region of Interest“-Technik (Erkennbarkeit von Rissen ab einer Weite von ca. 5–10 μm) – Ertüchtigung der Prüfmethodologie für die detaillierte Verfolgung der inneren Gefügeveränderungen im Beton während der verschiedenartigen AKR-Performanceprüfungen mit externer Alkalizufuhr [12, 13].

Dank Für die Unterstützung bei den mikroskopischen und mikrochemischen Untersuchungen danken wir den Herren Dipl.-Geol. A. GARDEI und Dipl.-Min. C. LEHMANN. Weiterhin danken wir Herrn Dr. EHRIG für die Hilfe bei der Auswertung der CT-Aufnahmen. Unser besonderer Dank gilt der „Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigung Otto von Guericke e.V.“ (AiF) für die partielle Förderung des Projekts.

Literatur [1] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb (Hrsg.): Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton: Alkali-Richtlinie. Beuth, Berlin, Februar 2007 (DAfStb-Richtlinie). [2] ASTM C 1293: Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete due to Alkali-Silica Reaction. American Society for Testing and Materials, 2001. [3] CSA A23.2-14A: Potential Expansivity of Aggregates (Procedure for Length Change due to Alkali-Aggregate Reaction in Concrete Prisms at 38 °C). Canadian Standard Organisation, 2004. [4] RILEM AAR-3: B-TC 106-3 Detection of potential alkalireactivity of aggregates – Method for aggregate combina-

814

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

tions using concrete prisms. Materials and Structures, Volume 33 (5), 2000, pp. 290–293. [5] RILEM TC 191-ARP: AAR 4.1, “Detection of potential alkali-reactivity – 60 °C accelerated method for testing aggregate combinations using concrete prisms”; Bagneux, 2006. [6] MÜLLER, CH.; WEISE, F.; BORCHERS, I.; VOLAND, K.: Auswirkungen der Gefügedichte der Betone auf den Ablauf einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Abschlussbericht zum AiF-Vorhaben 15248 N, 2010. [7] KÖPPEL, S.: Schallemissionsanalyse zur Untersuchung von Stahlbetontragwerken. Dissertation ETH Zürich, 2002.


[8] WEISE, F.; P IRSKAWETZ, S.; MÜLLER, U.; MENG, B.: Charakterisierung der Schädigungsprozesse in Betonen mit innovativen Prüftechniken. Beton, 56 (6), 2006, Verlag Bau + Technik, Erkrath, S. 268–275. [9] WEISE, F.; ONEL, Y.; DEHN, F.: Application of X-ray tomography for the verification of damage mechanisms in concrete, Proceedings: Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting. Kapstadt, Südafrika 2006, S. 449–454. [10] WEISE, F.: Neuartige Prüfmethodologien zur Schadensanalyse in Betonen. Tagungsband des 52. Forschungskolloquium des DAfStb, Berlin, 2011, S. 67–85. [11] NIEDERLEITHINGER, E.; SHOKOUHI, P.; ZOEGA, A.: Überwachung innerer Schädigung in Beton mittels Coda-Wellen-Interferometrie. Tagungsband des 52. Forschungskolloquium des DAfStb, Berlin, 2011, S. 96–104. [12] DAfStb-Richtlinie – Entwurf Teil 4: Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende AKR im Beton (Alkali-Richtlinie): Teil 4: Bewertung der Eignung von Betonzusammensetzungen mit alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen – Vorschlag für die Beschreibung der FIB-Klimawechsellagerung als Performance-Prüfverfahren, 2007. [13] DAfStb-Richtlinie – Entwurf Teil 4: Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende AKR im Beton (Alkali-Richtlinie): Teil 4: Bewertung der Alkaliempfindlichkeit von Betonzusammensetzungen mit alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen – Vorschlag für die Beschreibung der 60 °C-Betonversuchs als Performance-Prüfverfahren, 2007.

Autoren

Dr.-Ing. Frank Weise frank.weise@bam.de

Dipl.-Ing. Katja Voland katja.voland@bam.de

Dipl.-Ing. Stephan Pirskawetz stephan.pirskawetz@bam.de

Ing. Dietmar Meinel dietmar.meinel@bam.de

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Unter den Eichen 87 12205 Berlin

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

815

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz, D. Meinel: Analysis of ASR-induced damage processes in concrete


DOI: 10.1002/best.201200056

FACHTHEMA

Frank Weise, Bärbel Maier, Karsten Ehrig

Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton Einsatz innovativer Prüftechniken Zur Beurteilung des Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstandes des Betons finden normativ als Alternativverfahren das CIFbzw. CDF-Verfahren Anwendung. Als Beurteilungskriterium für den inneren Schädigungsprozess werden bisher ausschließlich die Änderung der Ultraschalllaufzeit und die Massezunahme durch Frostsaugen herangezogen. Die Bewertung des äußeren Schädigungsprozesses hingegen erfolgt ausschließlich mittels einer vergleichenden visuellen Beurteilung der Prüffläche und der Ermittlung der Abwitterungsmasse. Allen bisher angewandten inneren und äußeren Schädigungsindikatoren ist gemeinsam, dass ihre Aussagefähigkeit durch eine fehlende ortsaufgelöste Quantifizierung des Schädigungsprozesses eingeschränkt ist. Der Beitrag zeigt, dass dieser Nachteil durch den Einsatz neuartiger innovativer Prüftechniken weitestgehend beseitigt werden kann. So wird vergleichend zu der normativen Ultraschallprüfung aufgezeigt, dass der Einsatz der Röntgen 3D-Computertomografie eine zerstörungsfreie zeitliche und räumliche Analyse des inneren Rissbildungsprozesses beim CIF-Verfahren ermöglicht. Außerdem wurde durch die Anwendung der Photogrammetrie die äußere Abwitterung der Prüffläche beim CDFVerfahren erstmalig ortsaufgelöst quantifiziert.

Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles Application of innovative measurement techniques CIF- and CDF-test are alternatively applied for the standardized assessment of freeze and freeze de-icing salt resistance of concrete. Up to now the increase of ultrasonic time of flight and mass induced by freeze suction are the only criteria for the assessment of internal damage process. The evaluation of the external damage process is currently realised by visual comparison of test surfaces and the determination of the scaling mass. The significance of these internal and external damage indicators is limited due to the lack of spatially-resolved quantifications of the damage process. This contribution shows that this disadvantage can be overcome by the application of innovative test methods. In contrast to normative ultrasound test methods, the application of X-ray 3D computed tomography allows a non-destructive temporal and spatial analysis of the internal crack formation process during the CIF-test. For the first time, a spatially-resolved quantification of the scaling of the test surface has been performed by photogrammetry.

1

nach verwendetem Prüfverfahren und Grenzwerten, zu einer unterschiedlichen Klassifizierung führen kann [3]. So kann bisher bei der Prüfung des Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstandes an der Gesteinskörnung nicht ausgeschlossen werden, dass die Gesteinskörnung ein anderes Verhalten aufweist, als später im Bauwerk im einbetonierten Zustand.

Motivation

Es ist bekannt, dass die bisher angewandten Prüfverfahren zur Beurteilung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton im Labor oft nur eingeschränkt die Praxisverhältnisse widerspiegeln [1]. In diesem Kontext erfolgten in den letzten Jahren verstärkt kontinuierliche Feuchte- und Temperaturmessungen an verschiedenartig exponierten Betonbauteilen. Zusätzlich wurden vermehrt Auslagerungsversuche initiiert. Diese haben zum Ziel, den Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstand eines Betons vergleichend im Labor und in der Praxis zu beurteilen. Exemplarisch seien hier die im Rahmen des AiF-Verbundprojektes „Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton unter besonderer Berücksichtigung der verwendeten Gesteinskörnung“ [2] noch laufenden Auslagerungsversuche an der Schleuse Hilpoltstein (XF3-Beton) und in der Nähe des Tunnels Farchant (XF4-Beton) zu nennen. Aber nicht nur die eingeschränkte Übertragbarkeit der Laborprüfverfahren zum Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand der Betone auf Praxisverhältnisse stellt ein Problem dar. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Beurteilung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes von Gesteinskörnungen mit den bisher eingesetzten normativen Laborprüfverfahren an der Gesteinskörnung und im Beton, je 816

Vor diesem Hintergrund gewinnt die verstärkte Auseinandersetzung mit den Laborprüfverfahren und den ablaufenden Schädigungsmechanismen an Bedeutung, wobei durch den Einsatz neuer innovativer Prüftechniken völlig neue Möglichkeiten bei der Erfassung der frostinduzierten Veränderung des inneren und äußeren Gefügezustandes des Betons eröffnet werden. So gelangte bisher beim CIFTest (Capillary Suction, Internal Damage and FreezeThaw Test) nach [4] vor allem das Ultraschallverfahren in Transmissionsanordnung zur globalen Erfassung innerer Gefügeveränderungen zum Einsatz. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch in der ausschließlich integralen Erfassung von Veränderungen der Mikrostruktur über das gesamte Messvolumen. Auch können mögliche Vorschädigungen der Gesteinskörnungen und ihr Einfluss auf die Schadensentwicklung nicht erfasst werden. Demgegenüber eröffnet die Röntgen 3D-CT erstmals die Möglichkeit, den inneren Gefügezustand in Betonproben vor,

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


während und nach der Frostbeanspruchung ohne zerstörenden Eingriff räumlich zu visualisieren. Aber auch bei der Ermittlung äußerer Gefügeveränderungen durch Frost-Tausalz-Beanspruchung besteht Handlungsbedarf. So wird beispielsweise beim CDF-Test (Capillary Suction of De-Icing Chemicals and Freeze-Thaw Test) nach [4] bisher ausschließlich die Abwitterung über die Masse des abgewitterten Materials und durch Inaugenscheinnahme der Prüffläche bewertet. Von Nachteil ist dabei die fehlende objektive Quantifizierung der lokalen Abwitterung auf der Prüffläche. Dieser Nachteil kann durch den Einsatz der Photogrammetrie eliminiert werden.

2 2.1

Beschreibung eingesetzter innovativer Prüftechniken Röntgen 3D-Computertomografie

Der Einsatz der Röntgen 3D-CT eröffnet erstmals die Möglichkeit, die frostinduzierte Rissbildung in Betonen zeitlich und räumlich ohne zerstörenden Eingriff zu visualisieren. Eine ausführliche Beschreibung des Prüfverfahrens ist dem AKR-Beitrag dieser Ausgabe [5] zu entnehmen. Aus diesem Grund beschränken sich die folgenden Ausführungen auf die Darstellung der anwendungsspezifischen Besonderheiten der Röntgen 3D-CT. Im vorliegenden Fall betrug die Anzahl der Projektionswinkel über den Objektumfang 1 800 (kurze Messung) und 2 400 (lange Messung) bei einer Röhrenspannung von 200 kV und einem Röhrenstrom von 130 μA. Für die exakte Positionierung der Prüfkörper und zur Vermeidung der Austrocknung der Prüffläche während der tomografischen Untersuchung wurde eine spezielle Prüfkörperhalterung für den Manipulatortisch entwickelt. Einen optischen Eindruck von der Messanordnung vermittelt das Bild 1. Zur Erreichung einer möglichst hohen Ortsauflösung und damit besseren Visualisierbarkeit der inneren Gefügeveränderungen im Betonprüfkörper wurde einerseits ein zyMikrofokusröntgenröhre

Prüfkörper in Haltevorrichtung auf Manipulatortisch

Bild 1

Messaufbau der Röntgen 3D-CT zur Visualisierung innerer Gefügeveränderungen im Betonzylinder durch Frost-Tauwechsel-Beanspruchung X-ray 3D-CT test setup for the visualisation of the internal microstructure changes in the concrete cylinder due to freeze thaw cycles

lindrischer Prüfkörper mit einem Durchmesser von nur 70 mm sowie andererseits ein α-Si Flachdetektor mit einer Größe von 2048 Pixel × 2048 Pixel verwendet. Daraus ergibt sich eine Voxelgröße von ca. 35 bis 40 μm. Für die manuelle Auswertung der Aufnahmen der Röntgen 3D-CT erwies sich eine gebinnte Darstellung als vorteilhaft. Hierbei wurden jeweils die Grauwerte acht benachbarter Voxel im 3D-Raum über den arithmetischen Mittelwert zu einem Voxel zusammengefasst. Die Dateigröße eines digitalen 3D-CT Bildes reduzierte sich so von ca. 4 GB auf 0,5 GB. Gleichzeitig verbesserte sich das Signal-Rausch-Verhältnis von 6 auf 12. In diesem Beitrag sind die 3D-CT Übersichtaufnahmen gebinnt und die Detailaufnahmen in Originalgröße dargestellt. Zur Validierung der Röntgen 3D-CT-Befunde wurden nach der CIF-Prüfung exemplarisch von ausgewählten Betonzylindern An- bzw. Dünnschliffe angefertigt und mikroskopisch untersucht. Durch die mikroskopische Ermittlung der Rissbreiten werden Rückschlüsse zur Auflösungsgrenze für Risse bei der Röntgen 3D-CT möglich.

2.2

Photogrammetrie

Ergänzend zu der vorstehend beschriebenen Röntgen 3DCT gestattet die Photogrammetrie eine ortsaufgelöste Beurteilung der äußeren Gefügeveränderung auf Betonoberflächen von Baustoffproben und Bauteilen. Bisher wurde das Verfahren ausschließlich zur Erfassung der äußeren Gestalt von Objekten im Maschinenbau und in der Denkmalpflege eingesetzt. Aus diesem Grund musste das Verfahren für den vorliegenden Anwendungsfall erst ertüchtigt werden. Die Photogrammetrie [6, 7] basiert auf der dreidimensionalen Vermessung und Digitalisierung von Oberflächen. Die zu vermessende Betonoberfläche wird dabei mittels Projektor mit strukturierten Streifenlichtsequenzen definiert beleuchtet (Bild 2a). Die aufprojizierten Streifenlichtsequenzen werden an Unebenheiten der Betonoberfläche deformiert und von mindestens einer Digitalkamera erfasst. Die so aufgenommenen projizierten Lichtstrukturen gestatten eine Bildauswertung nach dem Triangulationsprinzip, in deren Ergebnis für jeden Bildpunkt ein Höhenwert berechnet wird. Das so ermittelte Höhenprofil wird als virtuelle Fläche nachmodelliert. Mithilfe von Referenzmarken auf der Prüffläche ist es möglich, die zu verschiedenen Zeiten erstellten Aufnahmen auszurichten, miteinander zu vergleichen und voneinander abzuziehen. Die Differenzbildung gestattet so eine genaue Quantifizierung und Lokalisierung der durch eine Frost-Tausalz-Beanspruchung verursachte Abwitterung auf der Betonoberfläche. Einen optischen Eindruck von der in der Praxis verwendeten Messanordnung vermittelt das Bild 2b. Für die hier durchgeführten Untersuchungen wurde das Messsystem ARAMIS der Firma GOM mbH verwendet. Die Auswertung erfolgte partiell mit eigener Software. Aufgrund der veränderlichen Prüffläche wurde auf die Applikation von Referenzmarkern verzichtet und eine spezielle Positioniereinrichtung entwickelt. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

817

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles


F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton

Digitalkamera

Projektor Projektion von Streifenlichtsequenzen

Erfassung deformierter Streifenlichtsequenzen

1. Gray-Code

Rechner Dreidimensionale Rekonstruktion der Oberfläche

2. Phasenshift

a. Messprinzip

b. Verwendete Messanordnung

a . M e a s u r in g p r in c ip le

b . A pplied measuring arrangement

Messaufbau der Photogrammetrie für die Visualisierung der Abwitterung auf der Betonprüffläche Test setup of the photogrammetry for the visualisation of the scaling on the concrete test surface

Aufschluss über die Leistungsfähigkeit der Röntgen 3DCT und der Photogrammetrie bei der Analyse der frostinduzierten Schädigungsprozesse in Betonen geben die nachstehenden Anwendungsbeispiele.

3 Anwendungsbeispiele 3.1 Einsatz der 3D-CT bei der CIF-Prüfung 3.1.1 Motivation und Prüfprogramm Im Rahmen eines von der AiF geförderten Forschungsvorhabens [8], das die Prüfung des Verhaltens grenzwertiger Gesteinskörnung im Beton bei Frost- und Frost-Tausalz-Beanspruchung zum Inhalt hatte, gelangte die Röntgen 3D-CT vielfach zum Einsatz. Ihre Leistungsfähigkeit wird nachfolgend exemplarisch anhand einer CIF-Prüfung eines XF3-Betons mit einer grenzwertigen Gesteinskörnung (Tab. 1) aufgezeigt. Von besonderem Interesse waren dabei u. a. die Lokalisierung möglicher Vorschädigungen in der Gesteinskörnung und die Untersuchung ihres Einflusses auf den frostinduzierten SchädigungsproTab. 1

Betonzusammensetzung

3.1.2 Prüfergebnisse und ihre Auswertung Das Ergebnis der Ultraschallmessungen in zwei Messebenen ist im Bild 3 dargestellt. Es zeigt sich, dass der untersuchte Beton das Abnahmekriterium nach dem BAWMerkblatt [9] von einem maximal 20 %igen Abfall des dynamischen E-Moduls nach 28 Frost-Tau-Wechseln in der 35 mm Messebene leicht überschreitet und somit nicht erfüllt. Der tendenziell höhere Abfall des dynamischen

Charakteristika des XF3-Betons Characteristics of XF3-concrete

Merkmal Gesteinskörnung Zement

100

XF3-Beton Art

Muschelkalk

Sieblinie

AB16

Art

CEM I 32,5 R

Gehalt [kg/m3]

340

w/z-Wert

0,50

LP-Mittel

nein

Art der Prüffläche Druckfestigkeit 28 d [MPa] Spaltzugfestigkeit 28 d [MPa] Rohdichte [g/cm3] Gesamtporosität [Vol-%]

818

zess. Zu diesem Zweck wurden neben den normierten Zustands- und Schädigungsindikatoren, wie dem dynamischen E-Modul und der Wasseraufnahme, auch innere Gefügezustände in den Betonproben (Zylinder: ∅ = 7,0 cm; Höhe = 7,0 cm) vor, während und nach der CIF-Prüfung mittels Röntgen 3D-CT räumlich visualisiert. Die Zwischenmessungen erfolgten dabei nach dem 18. und dem 28. Frost-Tau-Wechsel. Es wurde in diesem Zusammenhang auch die Korrelation zwischen den Ultraschall- und CT-Befunden untersucht.

gesägt 50,9 4,7 2,35 11,6

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

rel. dyn. Eus-Modul (RDM) [%]

Bild 2

90 80 Ultraschallmessebene

70

25 mm

35 mm

60 50

35 mm

25 mm

40 0

Bild 3

7

14

21

28 35 Frost-Tau-Wechsel

42

49

56

Relativer dynamischer E-Modul des Betons in Abhängigkeit von der Anzahl der Frost-Tau-Wechsel in verschiedenen Messebenen Relative dynamic Young’s-Modulus of concrete as the function of the number of the freeze thaw cycles at different measuring planes


Details des gleichen virtuellen Vertikalschnittes vor und nach der CIF-Prüfung zeigt, dass nach 56 Frost-TauWechseln der Beton eine sehr stark ausgeprägte Rissstruktur aufweist. Die Risse verlaufen dabei sowohl im Gesteinskorn und an seinen Korngrenzen (ITZ) als auch in der Zementsteinmatrix. Deutlich erkennbar ist in diesem Zusammenhang, dass insbesondere die vorgeschädigten Gesteinskörner durch die Frostbeanspruchung eine weitere starke Schädigung erfahren. Erwartungsgemäß ist im virtuellen Vertikalschnitt der frostbeanspruchten Betonprobe ein von der Prüffläche ausgehender vertikaler Schädigungsgradient über die Höhe erkennbar. Dieser Befund stimmt mit dem Ergebnis der Ultraschallprüfung gut überein und wird durch die validierenden mikrosko-

E-Moduls in der unteren Messebene (25 mm) lässt erwartungsgemäß auf die Ausbildung eines von der Prüffläche ausgehenden vertikalen Schädigungsgradienten im Mikrogefüge über die Höhe schließen. Das Ergebnis der Röntgen 3D-CT ist im Bild 4 exemplarisch anhand eines virtuellen Querschnittes durch den Prüfkörper vor und nach der CIF-Prüfung dargestellt. In den CT-Bildern repräsentieren helle Bereiche eine hohe radiografische Dichte. Aus diesem Grund erscheint die Gesteinskörnung in der Regel hell, während die Poren und Risse dunkel abgebildet werden. Der Grauwert der Zementsteinmatrix liegt zwischen den beiden Extremwerten. Eine vergleichende Betrachtung der vergrößerten

Virtueller Vertikalschnitt durch die Bohrkernmitte Ausgangszustand

1

nach 56 FTW und Trocknung

[cm]

1 B

A

Prüffläche

B

A

Schädigungsgradient

[cm]

1 [cm]

Riss im Korn

Riss in der ITZ

Riss in der Matrix

Absorption (radiografische Dichte) Räumliche Einordnung

Bild 4

niedrig

hoch

Röntgen 3D-CT Tomogramme des inneren Gefügezustandes im Betonzylinder vor (links) und nach (rechts) der CIF-Prüfung Tomograms of internal microstructure in the concrete cylinder before (left) and after (right) the CIF-test reconstructed from X-ray 3D-CT measurements

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles


F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton

deutlich erkennbar, dass ein Korn mit einer Vorschädigung (Ausgangszustand, weiße Pfeile) schadensinitiierend wirkt. So sind nach 18 Frost-Tau-Wechseln nicht nur im betreffenden Korn weitere Risse erkennbar, sondern der ursprünglich im Ausgangszustand vorhandene Riss setzt sich nun im darüber befindlichen Korn fort. Zusätzlich sind aber auch neue Risse in der Mörtelmatrix sichtbar. Die weitere Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung führt einerseits zu einer verstärkten Aufweitung bereits vorhandener Risse sowie andererseits zu einer weiteren Rissfortpflanzung in die Zementsteinmatrix.

CT-Scan

5 mm

Zu den Zwischenmessungen nach 18 und 28 Frost-TauWechseln sei angemerkt, dass für die tomografischen Untersuchungen ohne Unterbrechung des Prüfregimes beim CIF-Verfahren nur ein Zeitfenster von ca. vier Stunden zur Verfügung steht. Diese zeitlichen Restriktionen erforderten eine Anpassung der Messparameter für die Röntgen 3D-CT. Durch die erforderliche Verringerung der Anzahl der Durchstrahlungsprojektionen von 2 400 auf 1 800 und die gleichfalls notwendige Verkürzung der Belichtungszeit von 20 Sekunden auf acht Sekunden reduzierte sich das Signal-Rausch-Verhältnis von 6 auf 4. Durch die zusätzliche Anwendung des 3 × 3-Medianfilters vor der 3D-Rekonstruktion konnte jedoch die Bildqualität bei den Zwischenmessungen so verbessert werden, dass eine Vergleichbarkeit mit den Röntgen 3D-CT-Datensätzen mit langer Messzeit möglich wurde.

3.2

Einsatz der Photogrammetrie bei der CDF-Prüfung

Im Rahmen der BAM-internen Forschung wurde im Labor die Leistungsfähigkeit der Photogrammetrie für die ortsaufgelöste Analyse des Abwitterungsfortschritts auf Betonoberflächen bei Frost-Tausalz-Angriff untersucht. Hierfür wurde ein grenzwertiger Beton (Tab. 2) mit einer geschalten und gesägten Prüffläche einer konventionellen CDF-Prüfung unterzogen. Die Abwitterung wurde dabei vergleichend gravimetrisch und photogrammetrisch nach 10, 18 und 28 Frost-Tausalz-Wechseln ermittelt. Mikroskopie Bild 5

5 mm

Vergleich des Detailbildes A (Bild 4, Röntgen 3D-CT Tomogramm) mit der mikroskopischen Aufnahme des dazugehörigen Anschliffs nach Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung Comparison of the detailed image A (Fig. 4, X-ray 3D-CT tomogram) and microscopic image of the appropriated taken and polised section after freeze thaw attack

pischen Untersuchungen bestätigt (Bild 5). Die vertiefende vergleichende detaillierte Betrachtung der Röntgen 3D-CT Aufnahmen mit den Mikroskopiebildern lässt den Schluss zu, dass mit der verwendeten Messanordnung Risse ab einer Breite von ca. 32 μm röntgentomografisch detektiert werden können. Das Bild 6 zeigt exemplarisch für das Detail A im virtuellen Vertikalschnitt im Bild 4, dass mit der Röntgen 3D-CT auch der zeitliche Verlauf der Rissentwicklung während der CIF-Prüfung visualisiert werden kann. Es ist z. B. 820

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Einen visuellen Eindruck von beiden Prüfflächen vor und nach der CDF-Prüfung vermittelt zunächst das Bild 7. Es wird deutlich, dass die geschalte Oberfläche qualitativ eine wesentlich stärkere Abwitterung erfährt. Die photogrammetrisch ermittelte quantitative Entwicklung der Abwitterung beider Prüfflächen ist dem Bild 8 zu entnehmen. So sind hier die Höhenprofile bezogen auf eine im Ausgangszustand generierte Bezugsfläche aufgetragen. Aus Vergleichbarkeitsgründen wurden alle Höhenprofile im gleichen Maßstab farbcodiert erstellt. Zusätzlich ist neben jedem Höhenprofil die Häufigkeitsverteilung der Höhe bzw. der Abwitterungstiefe aufgetragen. Insgesamt kann festgestellt werden, dass mit der Photogrammetrie die Abwitterungstiefen in hoher Qualität zeit- und ortsaufgelöst abgebildet werden. Die erzielten Ergebnisse sind in sich stimmig und reproduzierbar. Sie erlauben erstmals eine volumetrische Quantifizierung der Abwitterung in Abhängigkeit von der Anzahl an Frost-Tausalz-


Bild 6

Zeitliche Entwicklung frostinduzierter Rissbildung im Detail B des virtuellen Vertikalschnittes (Bild 4) Temporal development of freeze induced crack formation in detail B of the virtual vertical cross section of figure 4 during the CIF-test

Tab. 2

Charakteristika des Betons Characteristics of concrete

geschalt

Beton

Zement

Art

Basalt/Quarz

Sieblinie Art Gehalt

AB16 CEM I 32,5 R sd

[kg/m3]

350

w/z-Wert

0,45

LP-Mittel

nein

Art der Prüffläche Druckfestigkeit 28 d [MPa] Spaltzugfestigkeit 28 d [MPa] Rohdichte [g/cm3]

gesägt

geschalt 60,9 4,93 2,44

20mm Bild 7

Wechseln. Zur volumetrischen Ermittlung der Abwitterung wurden die Differenzbilder zwischen dem Höhenprofil im Ausgangszustand und dem Höhenprofil nach dem jeweiligen Frost-Tausalz-Wechsel gebildet und das dabei entstehende Differenzvolumen ermittelt. Das Ergebnis der volumetrischen Bestimmung der Abwitterung ist im Bild 9a für beide Prüfflächenarten aufgetragen. Vergleichend ist im Bild 9b die normierte gravimetrisch bestimmte Abwitterungsmasse über der Frost-Tau-Wechselzahl dargestellt. Bei einer vergleichenden Betrachtung beider Diagramme ist qualitativ eine gute Übereinstimmung von volumetrisch und gravimetrisch ermittelter Abwitterung erkennbar. Die Ermittlung beider Werte ermöglicht erstmals eine Ermittlung der Dichte der Abwitterung in Abhängigkeit von der Anzahl der Frost-Tausalz-Wechsel. Diese beträgt anfänglich 1,8 g/cm3 und erhöht sich im weiteren Verlauf der CDF-Prüfung auf 2,0 g/cm3.

4

CDF-Prüfung

Gesteinskörnung

B

nach

Betonzusammensetzung

A

gesägt

vor

Merkmal

Art der Betonprüffläche

Zusammenfassende Betrachtungen und Ausblick

Es wurde exemplarisch an je einem Anwendungsbeispiel aufgezeigt, dass der Einsatz innovativer Prüftechniken neue Möglichkeiten bei der Analyse frostinduzierter Schädigungsprozesse in Betonen eröffnet. So gelangte

20mm

Fotografische Aufnahmen der geschalten und gesägten Prüffläche vor und nach der CDF-Prüfung Photographic images of the formed and the sawn test concrete surface before and after the CDF-test

einerseits die Röntgen 3D-CT zur zeitlichen und räumlichen Visualisierung innerer Rissbildungsprozesse bei der CIF-Prüfung mit folgendem Fazit zum Einsatz: – Nachweis räumlicher Visualisierbarkeit innerer Rissbildung auch im Beton mit geringerer Frostschädigung – Korrelation der Befunde von Röntgen 3D-CT und Ultraschall – Limitierung der Nachweisgrenze der Risserkennbarkeit durch Ortsauflösung der Röntgen 3D-CT (Detektierbarkeit von Rissen ab einer Breite von ca. 32 μm mit verwendeter Messanordnung) – Nachweis hoher Schadensanfälligkeit von vorgeschädigter Gesteinskörnung durch vergleichende Betrachtung der CT-Aufnahmen vor und nach der Frostbeanspruchung – Nachweis räumlicher Visualisierbarkeit innerer Rissbildungsprozesse während der CIF-Prüfung mit zeitlich limitiertem Messfenster durch zyklisch wiederholte tomografische Messungen unter Nutzung spezieller Auswertealgorithmen Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

821

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles


F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analyse der durch Frost- und Frost-Tausalz-Wechsel induzierten Schädigungsprozesse in Beton

Art de er Betonprrüffläche geschalt

gesä ägt 0 FTSW W

0,5 0 [mm] -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -8,0

10 FTSW W

0,5 0 [mm] -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -8,0

18 FTSW W

0,5 0 [mm] -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -8,0

28 FTSW W

0,5 0 [mm] -1,0 -2,0 -3,0 -4,0 -5,0 -6,0 -7,0 -8,0

Bild 8

Photogrammetrisch ermittelte Höhenprofile bei der CDF-Prüfung für einen Beton mit verschiedenen Prüfflächen in Abhängigkeit von der Anzahl der FrostTausalz-Wechsel mit Angabe der Häufigkeitsverteilung Vertical profiles determined from photogrammetry during the CDF-test of a concrete with different test surfaces as a function of the number of freeze thaw cycles with indication of the frequency distribution

Andererseits erwies sich auch die Photogrammetrie als leistungsfähiges Verfahren zur quantitativen ortsaufgelösten Erfassung des Abwitterungsfortschritts bei einer Frost-Tausalz-Wechsel-Beanspruchung der Betonproben im CDF-Verfahren. Die volumetrische Bestimmung der Abwitterung erfolgte dabei über eine Differenzbildung zwischen den zyklisch ermittelten Höhenprofilen. Die dabei gewonnenen Ergebnisse stimmen gut mit denen der gravimetrischen Ermittlung überein. Die neuartige Vorge822

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

hensweise ermöglicht auch eine Dichtebestimmung des abgewitterten Materials. Basierend auf dem bisherigen Kenntnisstand besteht perspektivisch folgender Handlungsbedarf beim Einsatz der vorstehend beschriebenen innovativen Prüftechniken: – Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Röntgen 3D-CT durch


ρ = 1,99 g/cm3

1600

3000

Rel. Abwitterung [g/m2]

Rel. Abwitterung [cm3/m2]

1400 1200 1000

ρ = 1,97 g/cm3

800 600

ρ = 1,79 g/cm

3

400 200 0 0

4

8

12

16

20

Frost-Tausalz-Wechsel a. Volumenverlust

Bild 9

24

28

2500 2000

geschalt gesägt

1500 1000 500 0 0

4

8

12

16

20

24

28

Frost-Tausalz-Wechsel b. Masseverlust

Vergleich von photogrammetrisch und gravimetrisch ermittelter Abwitterung eines Betons mit verschiedenen Prüfflächen im CDF-Verfahren Comparison of photogrammetric and gravimetric determined scaling of concrete with different test surfaces during the CDF-Test

• Verbesserung der Ortsauflösung von Teilvolumina durch Implementierung der „Region of Interest“Technik (Erkennbarkeit von Rissen ab einer Breite von ca. 5–10 μm) • Erprobung und Weiterentwicklung des gemeinsam von der BAM und dem KONRAD-ZUSE-Zentrum für Informationstechnik Berlin (ZIB) entwickelten Softwaremoduls zur Rissextraktion in dreidimensionalen Absorptionsbildern von geschädigten Betonen – Fortführung der Untersuchungen zur Validierung der Leistungsfähigkeit der Photogrammetrie • Durchführung weiterer Laboruntersuchungen zur Verifizierung der Genauigkeit und Reproduzierbar-

keit des Verfahrens an typischen Oberflächentexturen von Betonfahrbahndecken • Erprobung der Messtechnik am Bauwerk und bei Betonfahrbahnen vor Ort

Dank Für die Unterstützung bei den mikroskopischen Untersuchungen danken wir den Herrn Dipl.-Geol. A. GARDEI und Dipl.-Ing. C. LEHMANN Weiterhin danken wir Herrn Ing. D. MEINEL für die Hilfe bei den tomografischen Untersuchungen. Unser besonderer Dank gilt der „Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigung Otto von Guericke e.V.“ (AiF) für die partielle Förderung des Projekts.

Literatur [1] MÜLLER, H.; GUSE, U.: Zusammenfassender Bericht zum Verbundforschungsvorhaben „Übertragbarkeit von FrostLaborprüfungen auf Praxisverhältnisse“. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 577,. Beuth, Berlin 2010. [2] WEISE, F.; MAIER, B.: Verbundforschung Frost- und FrostTausalz-Widerstand von Beton unter besonderer Berücksichtigung der verwendeten Gesteinskörnungen – Teilprojekt „Projektmanagement – Petrographie – Auslagerung“. Zwischenbericht zum AiF-Vorhaben 15214 BG/1, 2010. [3] HEINE, P.; SETZER, M.: Praxiskonforme Prüfung des Frostwiderstandes von Gesteinskörnungen im Beton. In: Beiträge zum 43. Forschungskolloquium des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb); 09./19.10.2003 in Bochum, S. 177–185. [4] DIN CEN/TS 12390-9: Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton – Abwitterung, 2006–08. [5] WEISE, F.; VOLAND, K.; P IRSKAWETZ, S.; MEINEL, D.: Analyse AKR-induzierter Schädigungsprozesse. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12, S. 805–815. [6] LUHMANN, T.: Nahbereichsphotogrammetrie – Grundlagen, Methoden, Anwendungen. 3. Auflage, Wichmann Verlag, Berlin, 2010. [7] WIORA, G.: Optische 3D-Messtechnik. Präzise Gestaltvermessung mit einem erweiterten Streifenprojektionsverfahren. Dissertation, Heidelberg, 2001. [8] MÜLLER, C.; WEISE, F.; ALONSO, M.-T.; MAIER, B.: Verbundforschung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton unter besonderer Berücksichtigung der verwendeten Gesteinskörnungen – Teilprojekt „Prüfung von Gesteinskör-

nungen im Beton“. Abschlussbericht zum AiF-Vorhaben 15213 N, 2010. [9] Bundesanstalt für Wasserbau (BAW): Merkblatt „Frostprüfung von Beton“ – Ausgabe Juli 2004. Autoren

Dr.-Ing. Frank Weise frank.weise@bam.de

Dipl.-Ing. (FH) Bärbel Maier bärbel.maier@bam.de

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Unter den Eichen 87 12205 Berlin Dr. med. Karsten Ehrig karsten.ehrig@bam.de

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

823

FACHTHEMA ARTICLE

F. Weise, B. Maier, K. Ehrig: Analysis of damage processes in concrete induced by freeze thaw or freeze thaw salt cycles


DOI: 10.1002/best.201200053

Alexander Krawtschuk, Alfred Strauss, Katharina Haider, Thomas Zimmermann, Konrad Bergmeister

FACHTHEMA

Ermittlung von Modellunsicherheiten bei Stahlbetonstrukturen Innovative Monitoring- und Einflusslinienkonzepte am Fallbeispiel einer Integralen Brückenstruktur Im konstruktiven Brückenbau sind die Instandhaltungsstrategien und die damit verbundenen Investitionskosten von der Bauart, der Qualität und vom Entwurfskonzept abhängig. Heutzutage neigen Brückenbetreiber und Planer beim Bau von Brücken dazu, Lebenszyklusanalysen in ihren Entscheidungsprozess aufzunehmen, um die Gesamtwirkung, die strukturelle Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sowie den finanziellen Aufwand zu optimieren. Dennoch führen Bemühungen, die zu erwartenden Lebenserhaltungskosten mittels bewährten Konstruktionsprinzipien zu reduzieren, zu unbekannten Risiken. Permanente als auch kurzfristige Monitoring-Konzepte können die Unsicherheiten neuer Konzepte durch Beobachtung der Leistung der Bauteile während einer vorgeschriebenen Zeitdauer reduzieren. Die Ziele dieser Arbeit sind die Diskussion der wirksamen Einbeziehung von Monitoring-Daten im Modell durch Einflusslinien- und Modellkorrekturfaktoren-Konzepte, die Untersuchung der Funktionalität der Monitoring-Systeme einschließlich Fehlerbehebung und die inverse Ermittlung und Bewertung der Sensor-Eigenschaften und Überwachung der Daten. Die vorgeschlagene Methodik wird an einem bestehenden fugenlosen Dreifeldbrückensystem als integratives Überwachungssystem angewendet.

Novel monitoring techniques for abutment free bridge structures In structural bridge engineering, maintenance strategies and thus budgetary demands are highly influenced by construction type and quality of design. Nowadays bridge owners and planners tend to include life-cycle cost analyses in their decision processes regarding the overall design trying to optimize structural reliability and durability within financial constraints. However, efforts to reduce maintenance costs over the expected lifetime by adopting well established design principles lead to unknown risks concerning for instance boundary conditions. Smart permanent and short term monitoring concepts can reduce the associated risk of new design concepts by observing the performance of structural components during prescribed time periods. The objectives of this article are the discussion of concepts for (a) the effective incorporation of monitoring data in model updating procedures by means of the influence line and the model correct factor concept, (b) the investigation of the functionality of monitoring systems including error tracking, and (c) the inverse identification and evaluation of sensor properties and monitoring values. The proposed methodology will be applied to an integrative monitoring system applied on an existing three-span joint less bridge structure.

1

oder Strukturen, wobei Informationen aus Inspektionen, Überwachungen und Monitoring mit einbezogen werden sollen. Die auf physikalischen Modellen basierende Systemidentifikation hat zum Ziel, mechanische und werkstoffspezifische Parameter zu bestimmen. In Zusammenhang mit der Strukturbewertung sind als wesentliche Disziplinen die Sensortechnik, die Sensordatenanalyse, die Dateninterpretation und die praktische Verwertbarkeit dieser Information zu nennen. Das Bild 1 zeigt das Spannungsfeld „Möglichkeiten in der heutigen Sensortechnik“ und die Grenzen der Interpretation in der Strukturbewertung nach GOULET [9]. Es zeigt schematisch die bereits bestehenden Möglichkeiten in der Sensortechnik gegenüber den begrenzten Möglichkeiten in der Interpretationstechnik.

Einleitung

Der allgemeine Begriff „Monitoring“ beinhaltet sämtliche Arten von Beobachtung und Überwachung einer Tätigkeit oder eines Prozesses. Eine der wichtigsten Aufgaben im Rahmen der Überwachung ist der korrigierende Eingriff, wenn alle oder einige der Prozesse, die beobachtet werden, sich nicht wie angenommen entwickeln, z. B. wenn vordefinierte Grenzwerte nicht eingehalten werden [1]. Zur Überwachung zählen aber auch die Qualitätskontrolle von Werkstoffen und Bauteilen sowie die Ermittlung und Beobachtung von Alterungsprozessen in lokalen strukturellen Details [2, 3] oder globalen Strukturen [4] durch Untersuchung mechanischer oder energetischer Vorgänge. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei die Entwicklung von statischen und analytischen Modellen für die Optimierung der Monitoringdauer, der Sensorposition [5 bis 8] und der Vorhersagemodelle [8].

2 2.1

Inverse Analyse – Systemidentifikation Allgemeines

Das primäre Ziel einer Systemidentifikation ist die Darstellung des realitätsnahen Tragverhaltens von Systemen 824

Mit der Dateninterpretation eng verbunden ist die Modell-Kalibrierung bzw. das Modell-Updating. Beide dienen der Anpassung der Modellparameter, um die Differenz zwischen berechneten und gemessenen Werten zu minimieren. Auf dem Gebiet des konstruktiven Ingenieurbaus gibt es diesbezüglich eine Vielzahl von Ansätzen für die Modellanpassungen bzw. Minimierung der Abweichungen zwischen Modell- und Monitoringergebnissen. Genaueres kann [9] entnommen werden.

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


2.2

Bild 1

Ein Vergleich zwischen dem Stand des Wissens in den Sensortechnologien und in der Interpretation der Daten. Die relative Größe der Rechtecke beschreibt das Ausmaß des aktuellen Wissensstandes [9] A comparison between the state of the art in sensor technology and in the interpretation of the data. The relative size of the rectangle is describing the extent of the current state of knowledge [9]

Bild 2

Aufbereitungsschema bei der Modellverfälschung nach [9] Flowchart describing error-domain model falsification according to [9]

Modell-Falsifikation

Im Zusammenhang mit der Modell-Kalibrierung und dem Modell-Updating wird in der Wissenschaft das Konzept der Modell-Falsifikation seit langem diskutiert und angewandt. Aus einer Gruppe von mittels Sampling-Technik erzeugten möglichen Lösungen (Kandidaten) wird auf wahrscheinlichkeitstheoretischen Grundlagen, unter selektiver Einbeziehung von Bewertungsgrößen (Messgrößen), siehe [9], eine kleine Gruppe von möglichen Kandidaten, welche das reale Verhalten des Systems abbilden, bestimmt. Bild 2 zeigt das Konzept in Einzelschritte unterteilt. Es lässt erkennen, dass für die Erfassung der komplexen strukturellen Eigenschaften (Nichtlinearität, Zeitabhängigkeit, variable Lagerungsbedingungen etc.) eine große Anzahl an Anfangskandidaten notwendig ist. Für eine rationelle Vorgangsweise wurden in [9] folgende Schritte definiert:

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

825

FACHTHEMA ARTICLE

A. Krawtschuk, A. Strauss, K. Haider, T. Zimmermann, K. Bergmeister: Novel monitoring techniques for abutment free bridge structures


A. Krawtschuk, A. Strauss, K. Haider, T. Zimmermann, K. Bergmeister: Ermittlung von Modellunsicherheiten bei Stahlbetonstrukturen

− Definition der Zielsetzungen, z. B. Erfassung des globalen Strukturverhaltens oder Erfassung des mechanischen Verhaltens eines Strukturdetails. − Unter Verwendung von physikalischen Modellen (g(θ)) und Messungen (y) werden die definierten Ziele in Identifikationsparameter (θ) umgewandelt. − Unsicherheiten, welche sowohl mit dem Modell als auch mit den Messungen verbunden sind, werden kombiniert, um Schwellenwerte (Ttief, Thoch) zu definieren. − Beschreibung einer Zielwahrscheinlichkeit (ϕ). − Modellexemplare werden erzeugt und jeder vorhergesagte Wert mit dem gemessenen Wert verglichen. − Ist in einem definierten Vergleichspunkt der Unterschied (gi(θ) – yi) außerhalb der Schwellengrenze, sind die Modellinstanzen verfälscht. Unter Modellinstanzen werden allgemein all jene Parameter verstanden, die das jeweilige Modell beschreiben. − Wiederholung dieses Vorganges bis ein passender Kandidaten-Modellsatz gefunden worden ist. − Sind alle Modellinstanzen verfälscht, werden Modellklassen bzw. Ziele (Randbedingungen, Materialeigenschaften, etc.) neu definiert. Zu diesem Zweck ist es hilfreich, wenn einzelne Bereiche (z. B. in einem bestimmten Raster) im Modell gezielt angesprochen bzw. verändert werden können. − Ist ein Kandidaten-Modellset gefunden, so enthält dieses Erklärungen für das beobachtete Verhalten der Struktur, der Messungen und der Unsicherheiten.

w(x) virtuelle Auslenkung der Einflusslinie auf dem Standort und in der Richtung von P durch Δδi = –1 δ virtuelle Verformung des gesamten Systems durch Δδi = –1

2.3

Bei der Verbesserung der Beurteilung des Strukturverhaltens spielt das Modell-Updating, wie in Abschn. 2 bereits diskutiert, eine große Rolle. Infolge wird auf das ModellUpdating am Fallbeispiel der Marktwasserbrücke eingegangen.

Einflusslinienkonzept

Zur effizienten Nutzung von Sensorinformationen wird für die Anpassung von numerischen oder analytischen Modellen das Einflusslinienkonzept angewendet. Einflusslinien dienen der expliziten Bestimmung einer spezifischen mechanischen Reaktion der Struktur an einer definierten Stelle, wie Moment, Querkraft oder Verformungen aufgrund einer definierten Lastgröße und Position. Mit anderen Worten erlauben Einflusslinien die Bestimmung mechanischer Größen für einzelne Lasten und Lastkombinationen ohne den Einsatz von komplexen Gleichgewichts- und Verträglichkeitsbedingungen, wie sie in der klassischen Mechanik für statisch bestimmte und unbestimmte Systeme verwendet werden [10]. Insbesondere können die mechanischen Größen durch besondere Belastungen oder Lastkombinationen von der Lastauslenkung der Einflusslinie auf Basis folgender allgemeiner Energiegrundlagen ermittelt werden:

Aus Gl. (1) ergibt sich folgende Formel für statisch bestimmte Systeme: Zi · Δδi + P(x) · w(x) = 0

Diese bildet die Basis für die folgende Aussage von BETTI und MAXWELL [11]: Die Beziehung zwischen der mechanischen Größe Zi und der Verschiebung der Einflusslinie w(x) für eine bewegliche Last P = 1 in x ist solange gültig, bis die relative Verschiebung in i, Δδi = –1 für die Generierung von w(x) vorhanden ist: Zi = w(x)

826

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

(3)

Die Verallgemeinerung dieses Ansatzes für statisch unbestimmte Systeme wurde von LAND [11] wie folgt formuliert: Die Einflusslinie für eine innere Kraft Zi (z. B. Ni, Qi, Mi) in i infolge einer variablen Last P = 1 im Raum ist gleich der Biegelinie w(x), die durch die relative Verschiebung in i, Δδi = –1 (Δui, Δwi, Δϕi) an der Stelle der zugehörigen inneren Kraft Zi ist.

3 3.1

3.2

Modell-Updating Allgemeines

Fallstudie Marktwasserbrücke S33.24

Die Martkwasserbrücke S33.24 (Bild 3) ist eine Vorlandbrücke, die im Zuge der erweiterten Schnellstraßenverbindung Krems – Wien errichtet worden ist. Die statische

Σ W*= Wa,i*+ Wi* = Zi · Δδi + P(x) · w(x) – ∫ Z · δ · dx (1) mit: Wa,i* externe oder interne Arbeit Zi tatsächliche innere Kraft im gesamten System durch die Kraft P = 1 Δδi virtuelle Verformung der eingesetzten Freiheitsgrade der zugehörigen mechanischen Größe

(2)

Bild 3

Seitenansicht der Marktwasserbrücke S33.24 [7] Side elevation of the Marktwasser Bridge S33.24 [7]


Bild 4

Draufsicht der Marktwasserbrücke S33.24 [7] Top view of the Marktwasser bridge S33.24 [7]

Bild 5

Systemdarstellung und Lage der Faseroptischen Sensoren in der Tragwerksplatte und im Hinterfüllbereich des südlichen Widerlagers der Marktwasserbrücke S33.24 System representation and location of the fiber optic sensors in the structural plate and in the backfill of the southern abutment of the Marktwasser bridge S33.24

Struktur besteht aus zwei getrennten Brückenobjekten. Die breitere der beiden Strukturen bietet fünf Fahrbahnen einer hochrangigen Straße Platz (Bild 4). Die S33.24 ist eine dreifeldrige, durchgehende Plattenstruktur mit Spannweiten von 20,93 m, 29,75 m und 20,93 m, wie dies in Bild 4 dargestellt ist. Die Oberseite der Brücke weist einen Winkel von 74 ° zwischen der Schwerachse der Deckenplatte und den Achsen der Widerlager auf. Weitere Entwurfsgrundlagen dieser nicht vorgespannten Konstruktion sind die monolithische Verbindung zwischen der Brückenplatte, den Stützpfeilern und den Widerlagern. Die Vouten weisen eine Höhe von 1,00 m bis 1,60 m in der Nähe der Stützpfeiler auf, um den auftretenden Momenten Rechnung zu tragen. Die Breite der Deckenplatte beträgt zwischen 19,50 m und 22,70 m, wobei die Auskragung von 2,50 m nicht berücksichtigt ist. Die gesamte Struktur ist auf vier Reihen von Stützpfeilern mit der Länge von 12,00 m bzw. 19,50 m gegründet. Weitere Informationen über die Geometrie sind bei [7] zu finden. Die geringe Schiefwinkligkeit der Brücke wurde bei den folgenden Betrachtungen vernachlässigt.

3.3

Monitoring-System

In die Marktwasserbrücke wurde ein permanentes Monitoring-System integriert. Die Untersuchungen hatten drei Schwerpunkte:

(a) die Ermittlung des Strukturverhaltens des südlichen Feldes, (b) die Betrachtung der Wechselwirkungen des Dehnungsverhaltens der Fahrbahnoberfläche sowie der Interaktion Boden – Fahrbahnplatte, (c) die Analyse der Widerlagerbewegungen der Brücke. Insgesamt wurden fünf verschiedene Sensorsysteme mit 54 Sensoren installiert, welche mit einer Abtastrate von 1 Hz arbeiteten [12]. Die Deckenplatte der Marktwasserbrücke wurde im südlichen Feld mit insgesamt 20 Faseroptischen Sensoren (FOS) ausgestattet, welche in gleicher Weise an der oberen und unteren Bewehrungslage angeordnet wurden. Im Zuge der Betonierarbeiten wurden jedoch drei Sensoren beschädigt. Weitere Informationen über das Messprinzip und alternative optische Sensormethoden sind bei [6, 13] zu finden. In Bild 5 ist ein schematischer Überblick über das in der Marktwasserbrücke eingebaute Sensorsystem dargestellt. Das Monitoring-System für den Tragwerksbereich besteht aus Faseroptischen Sensoren, die einerseits die Temperaturen und andererseits die Dehnungen messen. Sie sind an die obere und untere Bewehrungslage angeschlossen und werden vom Monitoring-System des Hinterfüllbereichs unabhängig aufgezeichnet. Neben den Sensoren in der Betonfahrbahnplatte wurden des Weiteren zwei horizontale Extensometer, zehn Faseroptische Dehnungssensoren, 20 elektrische Dehnmessstreifen und drei vertikale Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

827

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A. Krawtschuk, A. Strauss, K. Haider, T. Zimmermann, K. Bergmeister: Novel monitoring techniques for abutment free bridge structures


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Inklinometer [14] in den Hinterfüllbereich eingebaut, um die zeitabhängige Interaktion mit der Bodenstruktur sowie die Entwicklung des Dehnungsfeldes hinter dem südlichen Widerlager zu untersuchen. Die zwei Extensometer wurden in einer Tiefe von 2,0 m unter der Symmetrieachse der Deckenplatte eingebaut, um die relativen und die absoluten Bewegungen des südlichen Widerlagers in Abhängigkeit von der Zeit zu erhalten. Der 8,0 m lange Extensometer ist außerhalb des vom Tragwerk beeinflussten Bereiches verankert und zeichnet daher absolute Verschiebungen auf. Der mit einer Länge von 2,50 m kürzere Extensometer ermittelt die relative Verschiebung zwischen dem bewehrten Erddamm und dem Widerlager. Beide Verschiebungen werden durch Wegaufnehmer (LVDT) alle 60 Sekunden aufgezeichnet. Die Faseroptischen Dehnungssensoren sowie die Dehnmessstreifen im Hinterfüllbereich sind zwischen zwei Schichten in einer Tiefe von 0,30 m und 0,80 m installiert. Ein weiterer Temperatursensor wurde im Erddamm eingebaut, um eventuelle Temperatureffekte im Messsignal zu erkennen. Weitere Details zum Sensorsystem im Hinterfüllbereich der Marktwasserbrücke sind in [7] dokumentiert.

3.4

(b)

(c)

Probebelastung

Die im Folgenden vorgestellte Probebelastung wurde am Freitag dem 19. Februar 2010 von 10:50 bis 14:45 Uhr bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 ° und 2 °C durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Probebelastung dienen der Kalibrierung des statisch linearen Modells, um das angenommene Tragverhalten zu überprüfen. Ziel ist es, erstens mit definierten Lastsituationen strukturelle Reaktionen zu erkennen, und zweitens eine ordnungsgemäße Modell-Kalibrierung in Bezug auf die Randbedingungen zu ermöglichen. Es wurden drei LKW (Bild 6c) mit bekannten Achslasten zur Erzeugung von 16 statischen Szenarien aufgestellt. Eine genaue Auflistung der Achslasten zeigt Tab. 1. Die Lastwagen wurden unabhängig voneinander in den jeweils ungünstigsten Konfigurationen in den Fahrstreifen 1 bis 3 (Bilder 6a und 6b) positioniert. Durch Überfahrten mit den Lastkraftwagen aus Tab. 1 soll eine ordnungsgemäße Interpretation der realen Verkehrsbelastungseffekte auf die Gesamtstruktur gewährleistet werden. Zu diesem Zweck sind insgesamt 35 LastSzenarien mit den Lastkraftwagen, vom Schritttempo bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 50 km/h, durchgeführt worden. Aufgrund des damaligen Bauzustandes und der schlechten Witterungsverhältnisse am Tag der Probebelastung war aus Sicherheitsgründen eine Geschwindigkeit von mehr als 50 km/h nicht möglich. Für die ModellKalibrierung gab es in Spur 1 neun fest definierte Lastsituationen mit einem LKW von 41,55 Tonnen, Bild 6b. Die Radachsenkonfiguration und Achslastverteilung aus Eigengewicht und Güterverkehr der Lastkraftwagen sind in Bild 6a dargestellt. Der schrittweise Übergang entlang der Brückenachse führt zu einer experimentellen Bestim828

(a)

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Bild 6

Probebelastung: (a) Geometrische Darstellung der Achsabmessungen, (b) statische Probebelastungsposition der Fahrzeuge entlang der Fahrspur 1, (c) Seitenansicht des ~40 t Lastkraftwagens Proof loading: (a) geometric distances between the truck wheels, (b) static load test position of the vehicle in the lane 1, (c) side view of the ~40 to loaded truck

Tab. 1

Achslasten der Lastkraftwagen 1 bis 3 Axle loads of trucks 1 to 3

LKW 1 [kg]

LKW 2 [kg]

LKW 3 [kg]

1. Achse 2. Achse 3. Achse 4. Achse

8 440 7 850 12 960 12 300

7 600 7 680 13 160 12 390

8 140 7 800 13 550 12 810

Total

41 550

40 830

42 300

mung der Einflusslinie für alle Sensoreigenschaften und Sensorpositionen und gibt einen Einblick in das Verhalten des Systems.

3.5

Kalibrierung von Bemessungsmodellen nach EN 1990 Anhang D

In EN 1990 Anhang D [15] wird ein standardisiertes Verfahren in sieben Schritten zur Kalibrierung von Bemessungsmodellen empfohlen. Es darf dabei jedoch nicht ver-


nachlässigt werden, dass die Entwicklung der Bemessungsmodelle iterativ zu erfolgen hat. Im ersten Schritt wird das Bemessungsmodell auf Basis einer theoretischen Funktion rti für die betrachtete Struktur entwickelt. Im zweiten Schritt werden die experimentell ermittelten Daten rei den theoretischen Werten rti gegenübergestellt. Die grafische Gegenüberstellung dieser Daten erlaubt folgende qualitative Bewertung des Bemessungsmodells: − Eine kleine Streuung in Bezug auf die 45° Linie bei Auftragung der gemessenen Daten im Vergleich zu den theoretisch ermittelten zeigt eine sehr gute Wahl des Bemessungsmodells. Liegen alle Einzelrealisationen von rei und rti auf der 45° Linie, liegt ein perfektes Modell vor. Mit steigender Streuung nehmen die Abweichung und die Modellunsicherheit zu. − Ein systematischer Fehler im Bemessungsmodell kann durch einen parallelen Versatz der Einzelrealisationen zur 45° Linie enttarnt werden. − Ein Abdriften der Einzelrealisationen entlang der 45° Linie ist ein Indikator für den Gültigkeitsbereich des Modells. Im dritten Schritt erfolgt die Bestimmung des Mittelwertkorrekturwertes b. Dabei wird das gewählte Modell in folgende probabilistische Form übergeführt: rt = b · rti · δi

(4)

wobei die Unsicherheiten des Modellwertes rt mithilfe eines Mittelwertkorrekturfaktors b und eines Streufaktors δ abgebildet werden. Der Mittelwertkorrekturwert b kann auf Basis des Minimums der Abweichungsquadrate entsprechend folgender Gleichung berechnet werden: b

6rei · rti 6rei2

(5)

Dieser Faktor erlaubt in Folge die Bestimmung des Mittelwertes rm der theoretischen Bemessungsfunktion rt wie folgt: rm = b · rti (Xm)

(6)

Schritt 4 beschreibt die Bestimmung der statistischen Charakteristika der Streugröße δi. Diese wird mithilfe des Mittelwertkorrekturfaktors b wie folgt bestimmt: Gi

rei b · rti

(7)

In weiterer Folge können der Mittelwert, die Varianz und der Variationskoeffizient bestimmt werden. Im fünften Schritt erfolgen die Verträglichkeitsprüfung und die Anpassung des Bemessungsmodells. Eine Verträglichkeitsprüfung der Annahmen des Bemessungsmodells ist dann durchzuführen, wenn die Streuung der Werte rei und rt zu groß ist. Die Streuung kann wie folgt verkleinert werden:

− Verbesserung der Bemessungsfunktion durch Aufnahme zusätzlicher, vorher nicht berücksichtigter Modellparameter. − Optimierung des Mittelwertkorrekturwertes b und der Varianz vδ der Streugröße δ durch Aufteilung der herangezogenen Stichprobe in Subgruppen. Hierbei ist zu beachten, dass eine Reduktion der Stichprobenanzahl eine höhere statistische Unsicherheit zur Folge hat [15]. Im vorletzten Schritt wird der Variationskoeffizient vxi der Basisvariablen Xi bestimmt. Zum Schluss kann der charakteristische Wert rk der Bemessungsfunktion ermittelt werden. Die dafür notwendigen statistischen Größen können entweder mit den Formeln laut Norm [15] oder über eine geeignete Software berechnet werden. Der charakteristische Werte rk der Bemessungsfunktion wird wie folgt ermittelt: rk = b · gR(Xm) · exp (– k∞ · αrt · Qrt – kn · αδ · Qδ – 0,5 · Q2)

(8)

mit: Q Standardabweichung der jeweiligen Eingangsdaten in logarithmierter Schreibweise α Wichtungsfaktoren zur Erfassung des Einflusses auf den charakteristischen Wert k Quantilfaktoren zur Bestimmung der Fraktilwerte auf Basis des Mittelwertes der Standardabweichung und des Stichprobenumfangs [17]

3.6

Updating des Modells der Marktwasserbrücke

Ziel des Modell-Updatings der Marktwasserbrücke war es, ein ingenieurbasiertes praktikables FE-Modell zu finden, welches das beobachtete Tragverhalten abbildet. Die einzelnen Bearbeitungsschritte des Modell-Updatings zeigt Bild 7. Zu Beginn erfolgte die Beobachtung (Monitoring) und die Beschreibung der während der Bauausführung, der Probebelastung und der nach der Fertigstellung des Tragwerkes auftretenden Randbedingungen. Die Messergebnisse der installierten Monitoring-Systeme wurden genutzt, um die Modellunsicherheit zu definieren. Danach wurden die aufgezeichneten Daten einer visuellen Begutachtung unterzogen und deutlich abweichende und offenkundig falsche Aufzeichnungen aus dem Datenpool ausgeschlossen. Anschließend wurden erste grobe analytische Berechnungen angestellt und die Daten erneut nach ihrer Plausibilität gefiltert. Der endgültige Datensatz sollte durch die probabilistische Anpassung der Materialparameter ermittelt werden. Basis der Untersuchungen waren die Angaben und Randbedingungen aus einem linearen Finite Elemente Modell (FEM). Es diente der Adaptierung der Plattensteifigkeit und der Randbedingungen aufgrund der durch die installierten Monitoringsysteme erhaltenen Informationen. Im nächsten Schritt wurde das Rissmoment MRiss auf Basis von [16] und der Bemessungssoftware ConDim wie folgt ermittelt: Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

829

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Bild 7

Bild 8

Ablauf der Modellanpassung Flowchart of the model updating

-Darstellung der Einflusslinie für den Sensor d2o (Sensorlage vgl. Tab. 3) bei der Laststellung P2. l stellt die Bereiche mit reduzierten Biegesteifigkeiten dar -Presentation of the influence line for the sensor d2o (sensor position given in table 3) within the position of load P2. l represents the area with reduced bending stiffness

MRiss = fctm · W

(9)

mit: W Widerstandsmoment des betrachteten Querschnitts fctm mittlere Betonzugfestigkeit Für die betrachtete Struktur ergibt sich ein rechnerisches Rissmoment von 483 kNm. In jenen Bereichen, in denen das vorhandene Moment Mvorh größer als das Rissmoment MRiss ist und somit der Zustand II erreicht wurde [16], ist die Biegesteifigkeit verringert worden. Die Berei– che l mit reduzierter Biegesteifigkeit sind in den Bildern 5 und 8 dargestellt. Das Bild 8 zeigt darüber hinaus exem830

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

plarisch die Einflusslinie unter der Annahme eines linear elastischen Systemverhaltens für die Laststellung P2 an der Position des Sensors d2o (genaue Sensorlage vgl. Tab. 3). Infolge der iterativen Auswertung mit der Software SOFiSTiK wurde das Trägheitsmoment I durch Reduktion der Plattenhöhe und damit einer Zunahme des Bereichs des gerissenen Betons verringert. Als Startwerte dienten die in Tab. 2 aufgelisteten Werte. In drei Anpassungsschritten wurde die ursprüngliche Plattenhöhe von h = 100 cm im ersten Schritt um 10 % (h = 90 cm), dann um 30 % (h = 70 cm) und zuletzt um 50 % (h = 50 cm) re-


Tab. 2

Mittelwerte der Beton- und Bewehrungsparameter für die SOFiSTiK Berechnung (Ausgangsmodell) Mean values of the concrete- and reinforcement parameters for the SOFiSTiK calculation (starting modell)

Ecm,Platte fc,Platte ft,Platte Es,Platte fy,Platte fs,Platte

mi

PDF

Einheit

33 000 30 2.9 206 000 611 641

LN LN LN LN LN LN

MPa MPa MPa MPa MPa MPa

duziert. Da sowohl das Trägheitsmoment I als auch der Elastizitätsmodul E linear in die Berechnung der Biegesteifigkeit E · I eingehen, kann davon ausgegangen werden, dass durch die Reduktion des E-Moduls eine gleichartige Reduktion des Flächenträgheitsmomentes nachgebildet werden kann. Die Reduktion des Trägheitsmomentes zur Verbesserung der Modellierung ist seit Jahren ein in der Praxis verwendetes Verfahren, um z. B. Verformungen nachzuvollziehen. Für die Anpassung des numerischen Modells an die Messwerte der Monitoring-Systeme wurden aufgrund der definierten Belastungen ausschließlich die Laststellungen der

(a)

(b)

Bild 9

Darstellung und Vergleich der Einflusslinien sowie der globalen b-Faktoren für die verschiedenen Sensorlagen, unter Berücksichtigung der Reduktion des Trägheitsmoments. (a) Sensor d2o, (b)Sensor d3o, (Lage der Sensoren vgl. Tab. 3) Representation and comparison of the influence lines and the global b-factors for the various sensor locations, taking into account the reduction of the moment of inertia. (a) sensor d2o, (b) sensor d3o, (Location of the sensors, see Table 3)

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

A. Krawtschuk, A. Strauss, K. Haider, T. Zimmermann, K. Bergmeister: Novel monitoring techniques for abutment free bridge structures


A. Krawtschuk, A. Strauss, K. Haider, T. Zimmermann, K. Bergmeister: Ermittlung von Modellunsicherheiten bei Stahlbetonstrukturen

Probebelastungskampagne im Februar 2010 herangezogen. Gemäß EN 1990 Anhang D [15] wurden im zweiten Auswerteschritt die gemessenen Dehnungen den modellierten gegenübergestellt. Danach wurde für jeden Sensor und jede Laststellung ein Mittelwertkorrekturfaktor b berechnet, der die modellierten Dehnungen an die gemessenen Dehnungen anpasst. Mittels des GRUBBS-Tests wurden in Folge die Ausreißer eliminiert [17]. Der Ausreißertest von GRUBBS basiert auf der Annahme einer Normalverteilung für die Grundgesamtheit. Die Hypothese wird zum Niveau α verworfen, wenn die Hypothese H0n: „xmin ist kein Ausreißer“ nicht zutrifft: Ti

m x – x min ! Tn; 1–D s

(10)

mit: mx Mittelwert xmin zu überprüfender Wert s Standardabweichung

Die Abhängigkeit des Mittelwertkorrekturfaktors b vom E-Modul des Betons und dem Trägheitsmoment kann mit folgender Zielfunktion dargestellt werden: b = (b1, …bn) = (1,..,1) (11)

Der globale b-Faktor pro Sensor für alle Laststellungen wurde als Mittelwert über die einzelnen Laststellungen ermittelt. Die Mittelwertkorrekturfaktoren sind exemplarisch für die Sensoren d2o und d3o für die Lastpositionen P1 bis P9 in Bild 9 dargestellt. Die Lage der Sensoren im Tragwerk kann der Tab. 3 entnommen werden. Tab. 4 zeigt die gemittelten b-Faktoren für alle Dehnungssensoren im Tragwerk in Bezug auf die neun Laststellungen der Probebelastung. Bild 10 stellt für die Sensoren d2o und d3o den Zusammenhang zwischen gemessenen Dehnungen und den korrigierten simulierten Dehnungen nach Reduktion der Biegesteifigkeit um 10 %, 30 % und 50 % dar. Dabei wurden für jeden Sensor die über das Monitoring-System aufgezeichneten Dehnungen in Abhängigkeit von der Position der LKW vom südlichen Widerlager mit den simulierten Dehnungen – ebenfalls in Abhängigkeit von der Distanz zum südlichen Widerlager – verglichen. Aus diesen Werten lässt sich erkennen, dass durch die Reduktion des Trägheitsmoments eine eindeutige Verbesse832

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

d2o d3o d5o d7o d9o d10o d2u d3u d5u d7u

Tab. 4

Lage der Faseroptischen Dehnungssensoren vom südlichen Widerlager entfernt [7] Position of the fibre optic sensor for the strain measurement [7]

x [m]

y [m]

z [m]

4,10 5,10 6,10 8,10 14,70 19,10 3,15 5,65 11,70 14,90

4,14 4,14 4,14 4,14 4,14 4,14 4,14 4,14 4,14 4,14

0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,92 0,92 0,92 0,92

Übersicht über die Mittelwertkorrekturfaktoren b Overview of all b-factors

Ausgangsmodell 10 % Abminderung 30 % Abminderung 50 % Abminderung

Das Signifikanzniveau Tn; 1–α ist tabelliert und hat bei den betrachteten Auswertungen bei einem Stichprobenumfang von n = 9 und α = 5 % einen Wert von 2,11 [17]. Es ist zu beachten, dass ein leichtfertiges Streichen von abweichenden Daten allein wegen ihrer Größe nicht zulässig ist. Dies sollte nur dann geschehen, wenn ein grober Fehler nachgewiesen wurde [18].

mit: b = f (Ec, I)

Tab. 3

Ausgangsmodell 10 % Abminderung 30 % Abminderung 50 % Abminderung

d2o

d3o

d5o

d9o

d10o

0,26 0,26 0,24 0,60

0,02 0,02 0,08 0,43

0,47 0,47 –0,60 0,77

0,96 0,91 0,75 1,34

0,32 0,55 0,45 0,66

d2u

d3u

d5u

0,69 0,61 0,52 1,11

0,07 0,07 0,08 0,17

0,35 0,38 0,56 0,16

rung des Modells erzielt werden konnte. Dies lässt den Schluss zu, dass sich der Beton des Tragwerks bereits im gerissenen Zustand befindet und daher durch ein linear elastisches Modell nur bedingt nachgebildet werden kann. Jedoch stellt sich nach wie vor ein konservatives Modell (b < 1,00) ein. In Bezug auf die Bewertung des Systems unter Einbeziehung der Monitoring-Ergebnisse ist es in einem weiteren Schritt von Interesse, die gewonnenen Informationen in eine Fraktilwertgröße überzuführen und somit einen direkten Zusammenhang zu den Normnachweisen herzustellen. So werden im letzten Bearbeitungsschritt die modellierten Dehnungen mit dem Mittelwertkorrekturfaktor des jeweiligen Sensors multipliziert. Im Bild 10 kann man erkennen, bei welchem Sensor im Rechenmodell man die Biegesteifigkeit abmindern muss, um mit den modellierten Daten den gemessenen Dehnungen am nächsten zu kommen.

4

Ausblick

Der Fokus dieses Beitrages liegt darauf, ein bestehendes Modell anhand von durchgeführten Probebelastungen und den daraus erhaltenen Messergebnissen zu kalibrieren. Unter Zuhilfenahme von gleichzeitig zur Probebelastung kontinuierlich aufgezeichneten Messungen kann das adaptierte Modell erneut auf das reale Tragverhalten an-


(a)

(b)

Bild 10 Darstellung und Vergleich der mit den globalen b-Faktoren korrigierten modellierten Dehnungen mit den gemessenen Dehnungen. (a) Sensor d2o, (b)Sensor d3o Representation and comparison of the modelled strains corrected with the global b-factor with the measured strains. a) sensor d2o, (b) sensor d3o

gepasst werden. Hierbei darf nicht außer Acht gelassen werden, dass wechselnde Temperatur- und Verkehrsbelastungen durch den kurzen Aufnahmezeitraum im Rahmen der Auswertung der Probebelastungen nicht berücksichtigt wurden. Um das Modell nun auf die tatsächlich während des Betriebs auftretenden Belastungen zu kalibrieren, muss eine Zeitreihenanalyse durchgeführt werden. Diese Zeitreihenanalyse erlaubt es, den gemessenen Dehnungen eine Verteilungsfunktion anzupassen, und durch Überlagerung der Verteilungsfunktion der gemessenen und der modellierten Dehnungen kann ein neuer Mittelwertkorrekturfaktor berechnet werden. Des Weiteren

können mithilfe der Verteilungsfunktion aus der Zeitreihenanalyse gemäß EN1990 Anhang D [15] die charakteristischen Werte der Dehnungen berechnet und so ein Normvergleich hergestellt werden. Der gewählte innovative Ansatz erlaubt in weiterer Folge: − Die Überführung der Monitoring-Daten in charakteristische Werte des Widerstandes unter der Annahme einer Verteilung der Materialparameter wie in Abschn. 3.4 erläutert. − Die vereinfachte Darstellung der Nichtlinearität der Struktur. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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− Die frühzeitige Erkennung von Sensoren mit wenig Sensitivität gegenüber relevanten Lasten oder strukturellen Eigenschaften. − Laufende Modellanpassung durch das Einflusslinienkonzept mit den Sensorinformationen und permanenter Vergleich der aus den Monitoring-Daten gebildeten charakteristischen Werte mit den Grenzwerten laut Norm. − Der Vorteil des Monitoring-Systems gegenüber der Modell-Falsifikation ist die individuelle Betrachtung der Schadensbilder. Daraus lassen sich einzelne Ereignisse konkreten Schadensbildern zuordnen.

5

Zusammenfassung

Dieser Beitrag hat das Ziel, die Modellanpassung einerseits theoretisch gemäß EN 1990 Anhang D [15] und andererseits anhand einer integralen Brückenstruktur zu beschreiben. Eingangs wird ein theoretischer Abriss über die Systemidentifikation und das Modell-Updating gegeben. Das behandelte integrale Brückenobjekt „Marktwasserbrücke S33.24“ stellt durch die integrale Bauweise eine neuartige, aber zukunftsträchtige Konstruktionsweise dar, da aufgrund der fehlenden Lager und Fugen mit verringerten Instandhaltungskosten zu rechnen ist. Das gewählte Modell soll Antworten auf die Fragen nach dem zukünftigen Strukturverhalten geben und wurde gemäß EN 1990 Anhang D [15] kalibriert. Dabei wurde so vorgegangen, dass die über ein permanentes Monitoring-System gemessenen Dehnungen während einer Probebelastung im Februar 2010 den modellierten Dehnungen gegenübergestellt wurden und ein Faktor ermittelt wurde,

der die Güte des Zusammenhanges zwischen Messung und Modell beschreibt. In jenen Bereichen der Struktur, in denen das Rissmoment überschritten wurde, wurde die Biegesteifigkeit durch Reduktion des Trägheitsmoments herabgesetzt und die Güte der Übereinstimmung mit den Messungen erneut berechnet (b-Faktor). Die Kombination aus dem Modellkorrekturfaktoransatz und dem Einflusslinienkonzept erlaubt die effiziente Nutzung von einzelnen Sensorinformationen eines Monitoring-Systems bei der Bewertung der Antwort eines mechanischen Systems und der Bewertung seiner beschreibenden Größen. Der für die Praxis entscheidende Nutzen ist die Festlegung eines einerseits konstruktiv effizienten und eines andererseits kostengünstigen Monitoring-Systems, da anhand der gewonnenen Informationen eine Überinstrumentierung verhindert wird. Abschließend sei hier festgehalten, dass der Modellkorrekturfaktoransatz auf einzelne Sensoren, auf Gruppen von Sensoren eines einzigen Monitoring-Systems und auf eine Gruppe von Monitoring-Systemen angewandt werden kann.

Dank Das Projekt wurde mit finanzieller Unterstützung der ASFINAG und des BMVIT im Rahmen des Forschungsprojketes „Monitoring and analysis of integral bridge structures“ und durch finanzielle Unterstützung der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG im Rahmen des EUREKA Eurostar Forschungsprojektes „Risk Lifetime Assessment of Concrete Structures“ durchgeführt. Des Weiteren sei der Unterstützung durch das Projekt CZ.1.07/2.3.00/30.0005 der Technischen Universität Brünn recht herzlich gedankt.

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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tional conference on bridge maintenance, safety and management IABMAS (2010). Philadelphia, Pennsylvania, USA, Taylor & Francis Group, London: 2119–2126 (on CDROM) (2010). [14] K AMPEL, I.; KEHRER, K.: Analyse von Messsystemen für die Erfassung von Erdkörperbewegungen im Schleppplattenbereich integraler Brücken. Projektbericht, Institut für konstruktiven Ingenieurbau, Universität für Bodenkultur, Wien, 2009. [15] Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung. ÖNORM EN 1990 (2003).

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Autoren

Dipl.-Ing. Alexander Krawtschuk alexander.krawtschuk@boku.ac.at

Dipl.-Ing. Dr. Thomas Zimmermann zimmermann.thomas@boku.ac.at

Prof. Dipl.-Ing Dr. Alfred Strauß alfred.strauss@boku.ac.at

Dipl.-Ing. Katharina Haider katharina.haider@boku.ac.at

Prof. Dipl.-Ing. DDr. Konrad Bergmeister konrad.bergmeister@boku.ac.at

Universität für Bodenkultur Institut für Konstruktiven Ingenieurbau Peter-Jordanstraße 82 1190 Wien

AKTUELL

Concrete Legos – vom Spielzeug zur Kunst Der US-amerikanische Designer ANDREW LEWICKI hat ungezählten Vätern (und natürlich vielleicht auch Müttern) einen Traum erfüllt. Er hat Riesen-Legos entworfen, und dann auch noch aus Beton realisiert.

Allerdings sind die Steine mit einem Format von 40 cm × 19,5 cm × 14 cm tatsächlich nicht zum Spielen gedacht und geeignet. LEWICKI hat Lego vom Spielzeug zur Skulptur erhoben und zeigt seine Arbeit in verschiedenen Lego-Exponaten. Th.

Concrete Legos (Foto: Brian Forest)

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

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DOI: 10.1002/best.201200054

FACHTHEMA

Sebastian Schneider, Daniela Vöcker, Steffen Marx

Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die Ermüdungsfestigkeit von Beton Die Ermüdungseigenschaften von Beton werden in den meisten Fällen mithilfe sogenannter Einstufenversuche untersucht. Dabei wird eine Betonprobe mit einer konstanten Mittellast beaufschlagt, der nachfolgend eine oszillierende Schwingbeanspruchung überlagert wird. Um den Zeitaufwand für diese Versuche zu minimieren, wird eine möglichst hohe Belastungsfrequenz angestrebt. Allerdings wurde durch einige Forschungsarbeiten deutlich, dass die Belastungsfrequenz einen Einfluss auf die ertragbaren Lastwechsel von Beton hat. Die Auswertung von in der Literatur dokumentierten Versuchen ergab, dass die Ermüdungsfestigkeit, analog zur Betondruckfestigkeit bei einmaliger Belastung, scheinbar maßgeblich von der Dehngeschwindigkeit abhängt. Diese Erkenntnis erlaubt zum einen eine relativ einfache Umrechnung von Versuchsergebnissen, die mit hohen Prüffrequenzen gewonnen wurden. Zum anderen kann damit eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche in Abhängigkeit von der Schwingbreite bestimmt werden.

About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete The fatigue behavior of concrete is mostly studied on the basis of constant amplitude tests. Constant maximum and minimum stresses are applied to concrete specimens during these tests. In addition, high loading frequencies are used in order to minimize the test duration. However, the loading frequency has an influence on the number of load cycles to failure. A study of fatigue tests documented in the literature has shown that the fatigue strength of concrete depends on the strain rate like the compressive strength due to single loading. With this consideration it becomes possible to convert test results with different loading frequencies into each other. Furthermore, a frequency limit can be determined depending on the stress range.

1

eine höhere Belastungsfrequenz zu einer erhöhten Bruchlastwechselzahl führt [1 bis 6].

Einleitung

Unter Ermüdung ist die Schädigung bzw. das Versagen eines Werkstoffes oder Bauteils unter häufig wiederkehrender (dynamischer) Belastung zu verstehen. Ein Ermüdungsversagen kann selbst dann eintreten, wenn die Beanspruchung deutlich geringer ist als die statische Festigkeit des Materials. Im Beton entstehen schon vor Belastungsbeginn infolge von Schwinddehnungen Mikrorisse zwischen der Zementmatrix und der Gesteinskörnung. Eine dynamische Beanspruchung hat zur Folge, dass sich diese Mikrorisse vergrößern bzw. dass sich neue Mikrorisse in der Zementmatrix bilden, von denen letztlich das Ermüdungsversagen ausgeht. Die Ermüdungsfestigkeit von Beton wird meist in Einstufenversuchen ermittelt. Es handelt sich dabei um Ermüdungsversuche mit einer konstanten zyklischen Belastung, die vorwiegend sinusförmig aufgebracht wird. Neben den wichtigsten Einflussfaktoren, wie – dem Beanspruchungshorizont (Ober- und Unterspannung), – der Beanspruchungsart (Druckschwell-, Zugschwell-, Wechselbeanspruchung, ein- oder mehraxial, zentrisch oder exzentrisch) und – den Umgebungsbedingungen (feucht, trocken), wird die Ermüdungsfestigkeit von Beton auch von der Belastungsfrequenz bestimmt. Der Einfluss der Belastungsfrequenz wurde in mehreren Versuchen untersucht und in der Literatur dokumentiert. Im Allgemeinen gilt, dass 836

Aufgrund dieser Frequenzabhängigkeit sind Versuchsergebnisse, die aus Versuchen mit unterschiedlichen Prüffrequenzen stammen, nicht uneingeschränkt miteinander vergleichbar. So lässt sich vermuten, dass im Vergleich zu den Bruchlastwechselzahlen, die unter realitätsnahen Frequenzen auftreten, die Bruchlastwechselzahlen aus Versuchen mit Prüffrequenzen von f = 200 Hz [7] auf der unsicheren Seite liegen. Um Ermüdungsfestigkeiten im Very-High-Cycle-Fatigue-Bereich von N > 107 in einer angemessenen Versuchszeit zu bestimmen, ist es jedoch unumgänglich, mit entsprechend hohen Prüffrequenzen zu arbeiten. Daher ist es wichtig, den Einfluss der Prüffrequenz in der Interpretation der Versuchsergebnisse gezielt berücksichtigen zu können. Bisher existiert noch keine Formulierung, mit der Ergebnisse aus Versuchen mit unterschiedlichen Belastungsfrequenzen nachträglich ineinander umgerechnet werden können.

2 2.1

Bisherige Untersuchungen Einfluss der Belastungsfrequenz auf die Bruchlastwechselzahlen

HOHBERG [8] führte zahlreiche Ermüdungsversuche mit unterschiedlichen Belastungsfrequenzen an Betonzylindern (d/h = 100/300 mm) der Festigkeitsklassen B25, B45 und B95 durch. Ein Teil der Proben wurde bis zur Prüfung unter Wasser gelagert, der andere Teil wurde luftgelagert.

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


Bild 1

Einfluss der Belastungsfrequenz fĂźr luftgelagerte Betonproben B25, B45, B95 [8] Loading frequency influence on concrete specimens B25, B45, B95 which were stored in standardized conditions [8]

Die ErmĂźdungsversuche wurden mit unterschiedlichen Oberspannungen und einer konstanten Unterspannung von Ď&#x192;min = 2 N/mm2 durchgefĂźhrt. Die Belastungsfrequenz variierte zwischen 0,1 Hz und 20 Hz. In Bild 1 wurden die mittleren Bruchlastwechselzahlen der oben beschriebenen Betone Ăźber der Belastungsfrequenz f aufgetragen. Es zeigt sich, dass im Bereich von hohen Oberspannungen grĂśĂ&#x;er werdende Frequenzen auch grĂśĂ&#x;ere Bruchlastwechselzahlen bewirken. HOHBERG bemerkte jedoch eine Veränderung des Frequenzeinflusses bei geringer werdender Oberspannung. Ab einer kritischen Spannung kehrte sich der Frequenzeinfluss sogar um. Bei Oberspannungen unterhalb dieser kritischen Spannung fĂźhrten grĂśĂ&#x;ere Frequenzen zu geringeren Bruchlastwechselzahlen. Dies widerspricht der allgemeinen Erkenntnis. Die kritische Spannung gibt HOHBERG fĂźr die luftgelagerten Betone mit Ď&#x192;crit = 0,75 ¡ fc und fĂźr die wassergelagerten Betone mit Ď&#x192;crit = 0,45 ¡ fc bis 0,55 ¡ fc an. Allerdings geht durch die Darstellung in Bild 1 ein eventueller Einfluss der Betonfestigkeit verloren, wodurch die Aussagen von HOHBERG zu hinterfragen sind. WEIGLER & F REITAG [9] untersuchten zylindrische ProbekĂśrper (d/h = 50/100 mm) aus Konstruktionsleichtbeton mit einer 28-Tage-Druckfestigkeit von 37,3 N/mm2. Auch sie konnten eine erhĂśhte ErmĂźdungsfestigkeit infolge einer hĂśheren Belastungsfrequenz feststellen. Allerdings trat nach WEIGLER & F REITAG dieser Effekt nur bei bezogenen Oberspannungen oberhalb von Smax = 0,80 auf. Bei kleineren Oberspannungen konnte kein Frequenzeinfluss festgestellt werden. HOLMEN [3] fĂźhrte u. a. einstufige ErmĂźdungsversuche an wassergelagerten zylindrischen ProbekĂśrpern (d/h =100/ 250 mm) mit einer mittleren WĂźrfeldruckfestigkeit von fcm = 39,6 N/mm² und einem w/z-Wert von 0,55 durch. Die konstant aufgebrachten bezogenen Unterspannungen betrugen Smin = 0,05 und die bezogenen Oberspannungen variierten zwischen Smax = 0,60 und 0,95. Dabei wurden Belastungsfrequenzen von 1 Hz, 5 Hz und 10 Hz unter-

Bild 2

Bruchlastwechselzahlen fĂźr unterschiedliche Oberspannungen, unterschiedliche Belastungsfrequenzen und Smin = 0,05 [3] Numbers of cycles to failure for different maximum stresses, different loading frequencies and Smin = 0.05 [3]

sucht. In Bild 2 sind die Ergebnisse der Versuche mit den bezogenen Oberspannungen von Smax = 0,75, 0,825 und 0,90 sowie den Frequenzen f = 1 Hz, 5 Hz und 10 Hz aufgetragen. Die aufgebrachten Spannungen liegen Ăźber der von HOHBERG [8] beschriebenen kritischen Spannung fĂźr wassergelagerte Betone. Es sind deutlich die hĂśheren Bruchlastwechselzahlen bei hĂśheren Belastungsfrequenzen zu erkennen. Um das ErmĂźdungsverhalten von Beton zu beschreiben und dabei den Einfluss der Frequenz gezielt zu berĂźcksichtigen, wurden bereits WĂ&#x2013;HLERlinien entwickelt, die neben den Ober- und Unterspannungen auch von der Belastungsfrequenz abhängig sind. HSU [10] erweiterte beispielsweise die Formulierung der WĂ&#x2013;HLERlinien von TEPFERS & KUTTI [11] um den Frequenzeinfluss und stĂźtzt sich dabei auf verschiedene Untersuchungen aus der Literatur. Er unterscheidet zwischen dem Low-CycleFatigue- und dem High-Cycle-Fatigue-Bereich. Die Grenze zwischen diesen Bereichen kann durch die folgende Gl. (1) bestimmt werden, in der T die Periode eines Lastwechsels in Sekunden beschreibt: logN logT  3 8,5

(1)

1

Die Bruchlastwechselzahlen N werden nach den Gln. (2) und (3) berechnet und sind neben der Periode eines Lastwechsels von der Oberspannung Ď&#x192;max, der BetondruckV min festigkeit fc und dem Spannungsverhältnis R abV max hängig. Die daraus resultierenden WĂ&#x2013;HLERlinien sind fĂźr eine bezogene Unterspannung von Smin = 0,05 in Bild 3 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass nach HSU [10] grĂśĂ&#x;ere Frequenzen auch zu grĂśĂ&#x;eren Bruchlastwechselzahlen fĂźhren. Im Vergleich mit verschiedenen Versuchen anderer Autoren konnte HSU zeigen, dass die von ihm berechneten Bruchlastwechselzahlen im Bereich der Versuchsergebnisse liegen und somit eine gute Vorhersage liefern. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

S. Schneider, D. VĂścker, S. Marx: About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete


S. Schneider, D. VĂścker, S. Marx: Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die ErmĂźdungsfestigkeit von Beton

Bild 3

WĂ&#x2013;HLERlinien fĂźr druckschwellbeanspruchten Beton fĂźr verschiedene Frequenzen und Smin = 0,05 nach HSU [10] S/N-curves for concrete under compression, for different loading frequencies and Smin = 0.05 according to Hsu [10]

Low-Cycle-Fatigue:

0,133¡ 1  0,779¡ R

1,2  0,20¡ R  0,053¡ 1  0,445 ¡ R ¡ logT  logN

V max fc

(2)

High-Cycle-Fatigue:

V max fc 0,0662 ¡ 1  0,556 ¡ R

1  0,0294 ¡ logT  logN

(3)

Eine weitere von der Belastungsfrequenz abhängige Beschreibung der ErmĂźdungsfestigkeit fĂźhren ZHANG et al. [12] an. Grundlage ihrer Arbeit ist die Formulierung der ErmĂźdungsfestigkeit nach AAS-JAKOBSEN [13]. Diese wird um einen Koeffizienten Cf erweitert, durch den die Belastungsfrequenz f berĂźcksichtigt wird (vgl. Gl. (4)). ZHANG et al. fĂźhren die Frequenzabhängigkeit darauf zurĂźck, dass sich unter hohen Belastungsfrequenzen hohe Belastungsgeschwindigkeiten ergeben. Bekanntlich fĂźhrt eine ErhĂśhung der Belastungsgeschwindigkeit zu einer ErhĂśhung der statischen Druckfestigkeit. Wird die Oberspannung Ď&#x192;max nicht auf die statische Druckfestigkeit fc, welche mit Ăźblicher Belastungsgeschwindigkeit ermittelt wurde, sondern auf die statische Druckfestigkeit fcf bezogen, die mit der gleichen Belastungsgeschwindigkeit wie in den ErmĂźdungsversuchen ermittelt wurde, so ändert sich der Wert der bezogenen Oberspannung Smax. Dies wird durch den frequenzabhängigen Koeffizienten Cf berĂźcksichtigt, der als Umrechnungsfaktor zwischen fc und fcf fungiert (vgl. Gl. (5)). Smax fcf

V max fc fc ¡ C f

C f ¡ ª1,0  E ¡ 1  R ¡ logN º  Ÿ fc ¡ (a ¡ blogf  c)

(4) (5)

Die Koeffizienten a, b, c sowie β sind Materialparameter und wurden von ZHANG et al. [12] in statischen und 838

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Bild 4

WĂ&#x2013;HLERlinien fĂźr druckschwellbeanspruchten Beton fĂźr verschiedene Frequenzen und Smin = 0,05 nach ZHANG et al. [12] S/N-curves for concrete under compression, for different loading frequencies and Smin = 0.05 according to Zhang et al. [12]

dynamischen Biegeschwellversuchen an Betonbalken ermittelt. Die Balken hatten Abmessungen von l/b/h = 500/ 100/100 mm3 und eine effektive Spannweite von 450 mm. FĂźr die statischen Versuche wurden Belastungszeiten von 5 s bis 500 s gewählt. Diese waren gleichbedeutend mit sinusfĂśrmigen Belastungsfrequenzen von f = 10â&#x20AC;&#x201C;3 Hz bis 10â&#x20AC;&#x201C;1 Hz. FĂźr die dynamischen Untersuchungen lagen die Belastungsfrequenzen zwischen 0,5 Hz und 30 Hz. Die bezogene Oberspannung wurde auf Smax = 0,8 festgesetzt und das Spannungsverhältnis zu V min R = 0,2 gewählt. Nach Einsetzen der ermittelV max ten Materialkonstanten in Gl. (4) ergibt sich fĂźr die WĂ&#x2013;HLERlinie folgende Gleichung:

V max fc

0,249¡0,920

logf

 0,796 ¡

¡ ª1,0  0,0804 ¡ 1  R ¡ logN º  Ÿ

(6)

Anhand von Vergleichsuntersuchungen mit Versuchsergebnissen aus der Literatur stellten ZHANG et al. fest, dass die von ihnen hergeleitete WĂ&#x2013;HLERlinie im Druckschwellbereich nur fĂźr Spannungsverhältnisse von V min R < 0,75 gute Ă&#x153;bereinstimmungen liefert. Die V max Darstellung der WĂ&#x2013;HLERlinien fĂźr eine bezogene Unterspannung von Smin = 0,05 zeigt, dass sich auch nach ZHANG et al. [12] eine hĂśhere Belastungsfrequenz positiv auf die ErmĂźdungsfestigkeit auswirkt (vgl. Bild 4). Dieser Einfluss ist bei hohen Oberspannungen am grĂśĂ&#x;ten und nimmt mit sinkender Oberspannung bei gleichbleibender Unterspannung kontinuierlich ab. Die Ursache fĂźr den Frequenzeinfluss wurde bisher nur wenig untersucht. Es ist allerdings zu vermuten, dass die ErmĂźdungsfestigkeit infolge einer hĂśheren Belastungsfrequenz, wie es schon von ZHANG et al. [12] angedeutet wurde, mit dem Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit


Bild 5

Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit σ· auf die relative Druckfestigkeit von Beton [14] Loading rate influence on relative compression strength [14]

erklärt werden kann. In Ermüdungsversuchen werden die aufgebrachten Spannungen in der Regel auf eine statische Druckfestigkeit bezogen. Die Belastungsgeschwindigkeit der Druckfestigkeitsversuche beträgt meistens 0,5 N/mm2s. Bei Ermüdungsversuchen werden jedoch deutlich größere Belastungsgeschwindigkeiten erreicht. Diese sind sowohl vom Beanspruchungsniveau als auch von der Belastungsfrequenz abhängig. Werden die aufgebrachten Spannungen nicht auf die statische Druckfestigkeit, sondern auf eine infolge der Belastungsgeschwindigkeit erhöhte Festigkeit bezogen, so ergeben sich für den Ermüdungsversuch effektiv geringere Spannungsniveaus. Im Folgenden soll die Druckfestigkeitserhöhung näher erläutert werden.

2.2

Einfluss der Spannungsgeschwindigkeiten auf die statische Druckfestigkeit

Die Druckfestigkeit von Beton nimmt mit steigender Belastungsgeschwindigkeit zu. Um die Beziehung zwischen der Belastungsgeschwindigkeit und der relativen Druckfestigkeit zu untersuchen, führten WESCHE & KRAUSE [14] statische Versuche mit konstanten Belastungsgeschwindigkeiten zwischen 0,005 N/mm2s und 5 N/mm2s durch. Die Versuchsergebnisse wurden auf Belastungsgeschwindigkeiten von 5 · 10-4 N/mm2s bzw. 50 N/mm2s extrapoliert (vgl. Bild 5). Im halblogarithmischen Maßstab dargestellt, ergibt sich ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen der Belastungsgeschwindigkeit und der relativen Druckfestigkeit. Die gemessene Druckfestigkeit wird dabei auf die Druckfestigkeit infolge einer Belastungsgeschwindigkeit von 0,5 N/mm2s bezogen. Diese entspricht der Geschwindigkeit während eines statischen Druckversuches. Höhere Belastungsgeschwindigkeiten führen zu größeren relativen Druckfestigkeiten, wohingegen geringere Belastungsgeschwindigkeiten auch geringere relative Druckfestigkeiten zur Folge haben. Der Einfluss ist nach WESCHE & KRAUSE abhängig vom Wasser-

Bild 6

Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit σ· auf die relative Druckfestigkeit infolge Stoßbelastung [15] Loading rate influence on relative compression strength due to impact loading [15]

zementwert. Je größer der anteilige Wassergehalt im Beton ist, desto größer ist auch der Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit. P OPP [15] ermittelte in seinen Versuchen den Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit unter Stoßbelastung (Bild 6). Bis zu einer Belastungsgeschwindigkeit zwischen 105 N/mm2s und 106 N/mm2s zeigt die Kurve im halblogarithmischen Diagramm einen annähernd linearen Anstieg der relativen Druckfestigkeit mit zunehmender Belastungsgeschwindigkeit. Bei einer weiteren Steigerung der Belastungsgeschwindigkeit kommt es allerdings zum überproportionalen Anstieg der relativen Druckfestigkeit. Dies ist der Bereich der Stoßbelastung. Nach CURBACH [16] ist die Festigkeitssteigerung auf verschiedene Ursachen zurückzuführen. In Bild 7 ist die Festigkeitssteigerung in Abhängigkeit von der Dehngeschwindigkeit dargestellt. Im Bereich bis zu einer Dehngeschwindigkeit von ε· < 100 1/s tritt ein vermehrtes Zuschlagkornversagen ein, wodurch die relative Druckfestigkeit linear zunimmt. Durch den höheren E-Modul der Zuschlagkörner treten Spannungskonzentrationen

Bild 7

Ursachen der Festigkeitssteigerung in Abhängigkeit von der Dehnungsgeschwindigkeit [16] Causes of the strength increase depending to the strain rate [16]

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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FACHTHEMA ARTICLE

S. Schneider, D. Vöcker, S. Marx: About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete


S. Schneider, D. VĂścker, S. Marx: Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die ErmĂźdungsfestigkeit von Beton

Bild 8

Einfluss der Dehngeschwindigkeit auf die Betondruckfestigkeit [17] Strain rate influence on compressive strength [17]

im Korn auf, durch die bei bestimmten Spannungsgeschwindigkeiten eher das Korn versagt als der umgebende Zement-Korn-Verbund. Allerdings ist diese Festigungssteigerung aufgrund der begrenzten Anzahl der ZuschlagkÜrner auf einen Wert von etwa 1,5 bis 2,0 begrenzt [16]. Im Bereich von Dehngeschwindigkeiten ξ¡ < 100 1/s sind weitere Ursachen fßr die ßberproportionale Festigkeitssteigerung verantwortlich. Zum einen ist dies die tatsächliche Spannungsverteilung im ProbekÜrper, da die Kerbspannungen an Rissen bei dynamischen Beanspruchungen geringer sind als bei statischen Beanspruchungen. Zum anderen bewirkt eine verzÜgerte Rissausbreitungsgeschwindigkeit eine verzÜgerte Schädigung. Zahlreiche Versuche aus der Literatur, welche z. B. von BISCHOFF &

P ERRY [17] zusammengetragen wurden, bestätigen diesen Verlauf der Festigkeitssteigerung (Bild 8). Zur mathematischen Beschreibung der Festigkeitssteigerung werden in Model Code 1990 [18] entsprechende Formeln angegeben (vgl. Gln. (7) bis (11)). Diese basieren auf den Formulierungen in CEB Bulletin 187 [19]. Die Spannungsgeschwindigkeit Ď&#x192;¡c wird dabei in zwei Bereiche unterteilt. Spannungsgeschwindigkeiten unter 106 N/mm²s beschreiben den Bereich der statischen Belastung, während grĂśĂ&#x;ere Geschwindigkeiten den Bereich der StoĂ&#x;belastung beschreiben (Bild 9). Die Festigkeitssteigerung in Form des Quotienten aus der erhĂśhten Druckfestigkeit fc,imp unter der entsprechenden Spannungsgeschwindigkeit Ď&#x192;¡c und der mittleren Druckfestigkeit fcm infolge einer Spannungsgeschwindigkeit von 1,0 N/mm²s kann mit Gl. (7) bzw. Gl. (10) errechnet werden. fc,imp fcm

Ds

V co

840

Einfluss der Spannungsgeschwindigkeit auf die relative Druckfestigkeit von Beton [18] Stress rate influence on relative compression strength of concrete [18]

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Ds

fĂźr |V c| d 106

N mm 2s

1 9 5 f 10 cm 1

(7)

(8)

N mm 2s

(9)

1/ 3

fcm

§ V ¡ E¨ c ¸ Š V co š

log E

6 Ds  2

fc,imp Bild 9

§ V c ¡ ¨ V ¸ Š co š

fĂźr V c ! 106

N mm 2s

(10)

(11)


3

Berücksichtigung erhöhter Druckfestigkeiten infolge hoher Spannungsgeschwindigkeiten Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von effektiven bezogenen Spannungen

3.1

Wie schon erwähnt, ist zu vermuten, dass der Frequenzeinfluss mit der Erhöhung der Druckfestigkeit bei hohen Spannungsgeschwindigkeiten in Verbindung steht. Im Folgenden werden Versuchsreihen aus der Literatur genauer betrachtet, in denen frequenzabhängige Unterschiede in den ertragenen Lastwechselzahlen aufgetreten sind. Dazu soll zunächst auf den Begriff Spannungsgeschwindigkeit genauer eingegangen werden. In Bild 10 ist eine dynamische, sinusförmige Probenbeanspruchung über der Zeit dargestellt. Die Spannungsgeschwindigkeit σ· zu einem beliebigen Zeitpunkt t sei als Spannungsänderung in einem bestimmten Zeitabschnitt definiert.

V

dV dt

E

dH dt

Bild 10 Spannungs-Zeit-Verlauf Stress-time-curve

(12)

In Gl. (12) wird davon ausgegangen, dass ein linear elastisches Stoffgesetz vorliegt, was für Beton nur als Näherung verwendet werden darf. Mit einer gegebenen Belastungsfrequenz f und mit der Kenntnis der aufgebrachten Ober- und Unterspannung σmax bzw. σmin, lässt sich mit den Gln. (13) und (14) die maximale und mittlere Spannungsgeschwindigkeit berechnen.

V max V m

'V · f · S 'V · f · 2

(13) (14)

Bei einer sinusförmig aufgebrachten Beanspruchung tritt die maximale Spannungsgeschwindigkeit σ· max nur kurzzeitig im Wendepunkt der Beanspruchungs-Zeit-Funktion auf. Durch eine dreieckförmige Idealisierung der Beanspruchungs-Zeit-Funktion ergibt sich für eine halbe Periode eine konstante mittlere Spannungsgeschwindigkeit σ· m. Da die maximale Spannungsgeschwindigkeit σ· max nur zweimal pro Periode auftritt, wird im Weiteren die idealisierte mittlere Belastungsgeschwindigkeit σ· m betrachtet. Anhand der mittleren Spannungsgeschwindigkeit ist es nun möglich, die Festigkeitssteigerung in Form der relativen Druckfestigkeit zu bestimmen (Bild 9). Werden die Spannungen, die in den Ermüdungsversuchen aufgebracht wurden, auf die erhöhte Betondruckfestigkeit fc,dyn bezogen, so ergeben sich die effektiven bezogenen Spannungen Smax,eff bzw. Smin,eff. Diese sind niedriger als die bezogenen Spannungen Smax bzw. Smin (vgl. Gln. (15) und (16)). Wird nun in Betracht gezogen, dass sich in Versuchen mit hohen Belastungsfrequenzen f auch hohe Spannungsgeschwindigkeiten σ· ergeben, so liegen die effektiven bezogenen Ober- und Unterspannungen niedriger als in Versuchen mit geringeren Belastungsfrequenzen. Somit werden die unterschiedlichen Lastwechselzahlen plausibel. Werden die Bruchlastwechselzahlen aus Ermüdungsversuchen mit unterschiedlichen Prüffrequen-

Bild 11 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die statische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen für Smin = 0,05 [3] Numbers of cycles to failure for different, related on the static compressive strength, maximum stresses, different loading frequencies and Smin = 0.05 [3]

zen, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von den effektiven bezogenen Ober- und Unterspannungen aufgetragen, ist kein Frequenzeinfluss mehr zu erkennen.

V max fcm

Smax ! Smax,eff

V min fcm

Smin ! Smin,eff

V max fc,dyn V min fc,dyn

(15)

(16)

Das Vorgehen wird im Folgenden an den Versuchsergebnissen von HOLMEN [3] verdeutlicht. Die Eigenschaften der untersuchten Probekörper sowie die Lastkonfigurationen wurden schon in Abschn. 2.1 beschrieben. In Bild 11 sind die Ergebnisse der Versuche mit den bezogenen Oberspannungen von Smax = 0,825 und 0,90 sowie den Frequenzen f = 1 Hz und 5 Hz ohne Berücksichtigung der Belastungsgeschwindigkeit aufgetragen. Die mittlere Spannungsgeschwindigkeit kann mit Gl. (14) ermittelt werden und variiert, je nach Spannungsschwingbreite Δσ und Belastungsfrequenz f, zwischen 59,1 N/mm²s und 324 N/mm²s. Da HOLMEN die mittlere Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

841

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S. Schneider, D. Vöcker, S. Marx: Zum Einfluss der Belastungsfrequenz und der Spannungsgeschwindigkeit auf die Ermüdungsfestigkeit von Beton Tab. 1

Ermittlung der effektiven bezogenen Spannungen unter Berücksichtigung der erhöhten Druckfestigkeit bei hohen Spannungsgeschwindigkeiten Effective stress determination with an increased compressive strength due to high stress rates

Bezogene Oberspannung Smax [–] Bezogene Unterspannung Smin [–] Oberspannung σmax [N/mm²] Unterspannung σmin [N/mm²] Spannungsschwingbreite Δσ [N/mm²] Belastungsfrequenz f [Hz]

0,90 0,05 35,64 1,98 33,66 1

0,90 0,05 35,64 1,98 33,66 5

0,825 0,05 32,67 1,98 30,69 1

0,825 0,05 32,67 1,98 30,69 5

Stat. Druckfestigkeit fcm,4,5 [N/mm²] bei 4,5 N/mm²s Stat. Druckfestigkeit fcm [N/mm²] bei 1,0 N/mm²s nach Gl. (7) Spannungsgeschwindigkeit σ· m [N/mm²s] nach Gl. (14) Relative Druckfestigkeit fc,stat/fc,dyn [–] nach Gl. (7) Dyn. Druckfestigkeit fc,dyn [N/mm²]

39,6 38,1 64,8 1,11 42,4

39,6 38,1 324 1,16 44,2

39,6 38,1 59,1 1,11 42,3

39,6 38,1 295,4 1,16 44,0

Eff. bezogene Oberspannung Smax,eff [–] nach Gl. (15) Eff. bezogene Unterspannung Smin,eff [–] nach Gl. (16)

0,81 0,045

0,78 0,043

0,74 0,045

0,71 0,043

Druckfestigkeit mit einer Belastungsgeschwindigkeit von 4,5 N/mm²s ermittelte, muss zunächst die Druckfestigkeit für eine Belastungsgeschwindigkeit von 1,0 N/mm²s bestimmt werden. Diese beträgt 38,1 N/mm² und wird durch Umstellen von Gl. (7) ermittelt. Im nächsten Schritt werden mithilfe der Gln. (7) und (8) die erhöhten Druckfestigkeiten berechnet, anhand derer wiederum auf die effektiven bezogenen Spannungen geschlossen werden kann. Die Ergebnisse dieser Berechnung sind in Tab. 1 zusammengestellt. In Bild 11 sind die Bruchlastwechselzahlen gegen die bezogenen Oberspannungen aufgetragen. Es sind deutlich die höheren Bruchlastwechselzahlen infolge der höheren Belastungsfrequenz zu erkennen. Bild 12 zeigt die gleichen Bruchlastwechselzahlen, die nun gegen die effektiven bezogenen Spannungen aufgetragen wurden. Die Regressionsgeraden für beide Belastungsfrequenzen liegen durch die Berechnung der effektiven Spannungen näher aneinander. Ein signifikanter Frequenzeinfluss ist hier nicht mehr zu erkennen. Der geringe Unterschied im Verlauf der Regressionsgeraden liegt im Bereich der Streuung der Versuchsergebnisse. Als weiteres Beispiel werden die Untersuchungen von LEEUWEN & SIEMES [4] betrachtet. Hierbei wurden Ermüdungsversuche an Betonzylindern (d/h = 150/ 450 mm) unter Wasser mit einer mittleren Betondruckfestigkeit von fcm = 45 N/mm² und Belastungsfrequenzen von f = 0,7 Hz und 6,0 Hz durchgeführt. Dabei wird für die weitere Betrachtung davon ausgegangen, dass die statische Druckfestigkeit mit einer Belastungsgeschwindigkeit von 1 N/mm²s ermittelt wurde. Die bezogenen Oberspannungen variierten zwischen Smax = 0,45 und 0,95. Das Spannungsverhältnis R wurde ebenfalls variiert. In Bild 13 sind die mittleren Bruchlastwechselzahlen für V min das Spannungsverhältnis R = 0,2 aufgetragen. In V max Bild 14 wurden die Ergebnisse auf die mit Gl. (7) berechneten erhöhten Druckfestigkeiten bezogen, welche sich durch die höheren Spannungsgeschwindigkeiten ergeben.

Bild 12 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die dynamische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen anhand der Versuchsergebnisse aus [3] Numbers of cycles to failure for different, related on the dynamic compressive strength, maximum stresses and different loading frequencies based on the results from [3]

VAN

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Bild 13 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die statische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen für R = 0,2 [4] Numbers of cycles to failure for different, related on the static compressive strength, maximum stresses, different loading frequencies and R = 0.2 [4]

Es zeigt sich, dass die Regressionsgeraden der Versuche mit unterschiedlichen Belastungsfrequenzen aufeinander fallen.


Bild 14 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die dynamische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen für R = 0,2 anhand der Versuchsergebnisse aus [4] Numbers of cycles to failure for different, related on the dynamic compressive strength, maximum stresses, different loading frequencies and R = 0.2 based on the results from [4]

Anknüpfend an die Untersuchungen von VAN LEEUWEN & SIEMES [4] berichtet SIEMES in [5] von Ermüdungsversuchen an Betonzylindern (d/h = 150/450 mm) unter Wasser mit einer mittleren Betondruckfestigkeit von fcm = 45 N/mm² und Belastungsfrequenzen von f = 0,06 Hz, 0,6 Hz und 6,0 Hz. Die bezogenen Oberspannungen wurden zwischen Smax = 0,60 und 0,80 variiert. Auch die SpanV min nungsverhältnisse variierten zwischen R = 0,1, V max 0,4 und 0,7. Auf jedem Spannungshorizont wurden mindestens sechs Ermüdungsversuche durchgeführt. In Bild 15 sind die mittleren Bruchlastwechselzahlen für das Spannungsverhältnis R = 0,4 aufgetragen. In Bild 16 wurden die Ergebnisse wieder auf die erhöhte Druckfestigkeit bezogen. Auch hier zeigt sich erneut eine deutliche Annäherung der Regressionsgeraden.

3.2

Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche

Die hier vorgestellten Untersuchungen zeigen, dass die frequenzbedingte Erhöhung der Bruchlastwechselzahlen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die erhöhte Druckfestigkeit unter hohen Spannungsgeschwindigkeiten zurückgeführt werden kann. Somit wird es möglich, Ergebnisse aus Ermüdungsversuchen mit unterschiedlichen Belastungsfrequenzen untereinander zu vergleichen, wobei diese Erkenntnis durch gezielte Ermüdungsversuche weiter unterfüttert werden sollte. Speziell im Hinblick auf Versuche im Very-High-Cycle-Fatigue-Bereich (N > 107), für die hohe Belastungsfrequenzen unerlässlich sind, ist dies von Belang. Allerdings müssen während der Ermüdungsversuche Spannungsgeschwindigkeiten vermieden werden, die einen exponentiellen Anstieg der Betondruckfestigkeit zur Folge haben. Somit ist die Definition einer Grenzfrequenz fGrenz für Ermüdungsversuche erforderlich. Nach Ansicht der Autoren sollte eine Dehnungsgeschwindigkeit von ε· = 10–1 1/s nicht überschritten werden. Zum einen wird dadurch vermieden, dass bei höhe-

Bild 15 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die statische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen für R = 0,4 [5] Numbers of cycles to failure for different, related on the static compressive strength, maximum stresses, different loading frequencies and R = 0.4 [5]

Bild 16 Bruchlastwechselzahlen in Abhängigkeit von der, auf die dynamische Druckfestigkeit bezogenen, Oberspannung und den unterschiedlichen Belastungsfrequenzen für R = 0,4 anhand der Versuchsergebnisse aus [5] Numbers of cycles to failure for different, related on the dynamic compressive strength, maximum stresses, different loading frequencies and R = 0.4 based on the results from [5]

ren Dehnungsgeschwindigkeiten die Versuchsergebnisse für die dynamische Druckfestigkeit immer stärker streuen (vgl. Bild 8). Zum anderen kommen damit die festigkeitssteigernden Effekte aus den verringerten Kerbspannungen und der geringeren Rissausbreitungsgeschwindigkeit nicht zum Tragen (vgl. Bild 7). Für eine gegebene Betondruckfestigkeit und die vereinfachte Annahme eines linear elastischen Materialverhaltens lässt sich somit durch Umstellen von Gl. (14) für jede Spannungsschwingbreite die Grenzfrequenz fGrenz für Ermüdungsversuche bestimmen (vgl. Gl. (17)). fGrenz

H · E 'V · 2

(17)

In Bild 17 sind die theoretischen Grenzfrequenzen fGrenz für einen Beton mit einer mittleren Druckfestigkeit von fc = 40 N/mm² und einem E-Modul von Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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Bild 17 Zulässige Frequenzen für Ermüdungsversuche in Abhängigkeit von der Spannungsschwingbreite (fc = 40 N/mm² und Ec = 33 000 N/mm²) Frequency limit for fatigue tests depending on the stress range (fc = 40 N/mm² and Ec = 33 000 N/mm²)

Ec = 33 000 N/mm² dargestellt. Je kleiner die bezogene Spannungsschwingbreite Δσ/fc,dyn wird, umso größer ist die zulässige Belastungsfrequenz fGrenz. Dies ist auch plausibel, da bei geringeren Spannungsschwingbreiten geringere Spannungsgeschwindigkeiten auftreten (vgl. Bild 10). Um eine Dehnungsgeschwindigkeit von ε· = 10–1 1/s zu erreichen, kann daher die Belastungsfrequenz erhöht werden.

4

Zusammenfassung und Ausblick

Viele in der Literatur dokumentierte Ermüdungsversuche zeigen, dass die Ermüdungsfestigkeit von Beton eine Abhängigkeit von der Belastungsfrequenz aufweist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass je höher die Belastungsfrequenz f ist, desto größer sind auch die Bruchlastwechselzahlen N bei hohen bezogenen Oberspannungen (Smax > 0,75). Für den Bereich von geringeren Oberspannungen gibt es teilweise unterschiedliche Aussagen. Zwar

konnten bisher schon WÖHLERlinien entwickelt werden, die den Frequenzeinfluss berücksichtigen, allerdings unterschieden sich deren Verläufe deutlich voneinander. Die hier vorgestellten Untersuchungen an Versuchsergebnissen aus der Literatur lassen vermuten, dass der Frequenzeinfluss auf die Bruchlastwechselzahlen von normalfestem Beton auf die erhöhte Druckfestigkeit unter hohen Spannungsgeschwindigkeiten zurückgeführt werden kann. Bei sonst gleichbleibenden Belastungen steigt durch eine Erhöhung der Belastungsfrequenz die Spannungsgeschwindigkeit und somit auch die wirksame Druckfestigkeit des Betons. Dies hat zur Folge, dass effektiv auf einem geringeren Spannungsniveau geprüft wird. Dieser Umstand sollte zukünftig bei Ermüdungsversuchen an Beton stärkere Beachtung finden. Weiterhin wird ein Ansatz für eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche vorgestellt, der auf einer zulässigen Dehngeschwindigkeit von ε· = 10–1 1/s beruht. Diese Dehngeschwindigkeit wurde aufgrund der Tatsache gewählt, dass höhere Dehngeschwindigkeiten zu größeren Streuungen in den Ergebnissen der Druckfestigkeitsuntersuchungen führen. Zudem werden durch diese Begrenzung die druckfestigkeitssteigernden Effekte aus den verringerten Kerbspannungen und der geringeren Rissausbreitungsgeschwindigkeit ausgeschlossen. Bisher fehlen Untersuchungen, die sich mit dem Einfluss der Dehn- bzw. Spannungsgeschwindigkeit auf die Bruchlastwechselzahlen gezielt auseinandersetzen und die erhöhten Druckfestigkeiten berücksichtigen. Um die beschriebene Theorie weiter zu stützen, sind am Institut für Massivbau der Universität Hannover weitere Ermüdungsversuche geplant. Anhand dieser Versuche sollen die oben dargestellten Einflüsse geklärt und eine Grenzfrequenz für Ermüdungsversuche experimentell bestimmt werden. Diesbezüglich sind zudem der Einfluss der Betonfestigkeit, der Probekörpergeometrie und des Feuchtegehaltes von Interesse.

Literatur [1] GRAF, O.; BRENNER, E.: Versuche zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit von Beton gegen oftmals wiederholte Druckbeanspruchung, Zweiter Teil. In: Deutscher Ausschuss für Eisenbeton, Heft 83, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1936. [2] REINHARDT, H. W.; STROEVEN, P.; DEN UIJL, J. A.; KOOISTRA, T. R.; VRENCKEN, J. H.: Einfluss von Schwingbreite, Belastungshöhe und Frequenz auf die Schwingfestigkeit von Beton bei niedrigen Bruchlastwechselzahlen. Betonwerk + Fertigteil-Technik (1978), Heft 9, S. 498–503. [3] HOLMEN, J. O.: Fatigue of concrete by constant and variable amplitude loading. Division of Concrete Structures, The Norwegian Institute of Technology, The University of Trondheim, 1979. [4] VAN LEEUWEN, J.; SIEMES, A. J. M.: Miner’s rule with respect to plain concrete. Heron, 24 (1979). [5] SIEMES, A. J. M.: Fatigue of plain concrete in uniaxial compression. IABSE Report 37 (1982), S. 283–292.

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[6] GRÜNBERG, J.; ONESCHKOW, N.: Abschlussbericht zum BMU-Verbundforschungsprojekt „Gründung von OffshoreWindenergieanlagen aus filigranen Betonkonstruktionen unter besonderer Beachtung des Ermüdungsverhaltens von hochfestem Beton“. Leibniz Universität Hannover, 2011. [7] KLAUSEN, D.: Festigkeit und Schädigung von Beton bei häufig wiederholter Beanspruchung. Dissertation, Technische Hochschule Darmstadt, 1978. [8] HOHBERG, R.: Zum Ermüdungsverhalten von Beton. Dissertation, Fakultät VI Bauingenieurwesen u. Angewandte Geowissenschaften, Technische Universität Berlin, 2004. [9] WEIGLER, H.; F REITAG, W.: Dauerschwell- und Betriebsfestigkeit von Konstruktionsleichtbeton. In: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 247, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1975. [10] HSU, T. T. C.: Fatigue of Plain Concrete. ACI Journal, 78 (1981), S. 292–305.


[11] TEPFERS, R.; KUTTI, T.: Fatigue Strength of Plain, Ordinary and Lightweight Concrete. ACI Journal, 76 (1979), S. 635– 652. [12] ZHANG, B.; P HILLIPS, D. V.; WU, K.: Effects of loading frequency and stress reversal on fatigue life of plain concrete. Magazine of Concrete Research, 48 (1996), S. 361–375. [13] AAS-JAKOBSEN, K.: Fatigue of concrete beams and columns. Division of Concrete Structures, The Norwegian Institute of Technology, The University of Trondheim, 1970. [14] WESCHE, K.; KRAUSE, K.: Der Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit auf Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul von Beton. Materialprüfung, 14 (1972), S. 212–218. [15] P OPP, C.: Untersuchungen über das Verhalten von Beton bei schlagartiger Beanspruchung. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 281, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1977. [16] CURBACH, M.: Festigkeitssteigerung von Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten. Dissertation, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Universität Fridericiana zu Karlsruhe (TH), 1987. [17] BISCHOFF, P. H.; P ERRY, S. H.: Compressive behaviour of concrete at high strain rates. Materials and Structures, 24 (1991), S. 425–450. [18] Comité Euro – International du Béton: CEB-FIP Model Code 1990. Bulletin d’Information No. 213/214, Thomas Telford Services Ltd., London 1993. [19] Comité Euro – International du Béton: Concrete structures under impact and impulsive loading – Synthesis Report. Bulletin d’Information No. 187, Lausanne 1988.

Autoren

Dipl.-Ing. Sebastian Schneider Leibniz Universität Hannover Institut für Massivbau Appelstraße 9a 30167 Hannover schneider@ifma.uni-hannover.de

Dipl.-Ing. Daniela Vöcker Marx Krontal GmbH Löwenstraße 3 30175 Hannover daniela.voecker@marxkrontal.com

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Leibniz Universität Hannover Institut für Massivbau Appelstraße 9a 30167 Hannover marx@ifma.uni-hannover.de

AKTUELL

Drainbeton mit Glasschaumschotter Die Stadt Bielefeld gestaltet zurzeit den Kesselbrink zu einem innerstädtischen Areal mit viel Grün um. Die Platzfläche wird erneuert, die Oberfläche der Tiefgarage darunter saniert und neu abgedichtet. Als Drainschicht und zur Aufschüttung des Geländes dient Glasschaumschotter. Das porige Material lässt Feuchtigkeit durch und ist so leicht, dass die zulässigen Deckenlasten auf der alten Tiefgaragendecke eingehalten werden. Die Besonderheit der Konstruktion: Weil oberhalb des Glasschaumschotters noch eine Lage Drainasphalt aufgebracht wird, muss sich die Schotterschicht mit dem Fertiger befahren lassen, und die Festigkeit des Glasschaumschotters im Rohzustand reicht dafür bei weitem nicht aus. Deshalb wird der Schotter stabilisiert, mit Zementleim umhüllt und dann als 3.000 m³ Drainbeton eingebaut. Zur Herstellung von Glasschaumschotter wird gemahlenes Altglas im Ofen bei hohen Temperaturen gesintert und in einem Blähverfahren zu so genannten

sensiblen Glasschaumschotter schaden. Um eine schnelle Festigkeitsentwicklung sicherzustellen, wird Zement CEM I 42,5 R eingesetzt. Mit einem Betonverflüssiger werden eine leichte Verzögerung und eine gute Umhüllung der Körnung erreicht. Der Wassergehalt wird so eingestellt, dass der Zementleim nicht vom Korn abläuft, aber auch nicht vorzeitig antrocknet. Als Zuschlag des Drainbetons dient Glasschaumschotter. Der wird in kurzen Mischzeiten mit Zement ummantelt und nur einmal auf LKW umgeschlagen, um den Abrieb zu minimieren. (Foto: CEMEX)

Kuchen gebacken. Die bilden beim Abkühlen Spannungsrisse und zerbrechen in Fraktionen von 40–70 mm. Die geschüttete Dichte von Glasschaumschotter liegt bei 150 kg/m³. Neben der geringen Masse ist ein weiteres Charakteristikum, dass das geschlossenzellige Material kein Wasser aufnimmt.

Die erdfeuchte Ware wird auf einen Muldenkipper geladen und, um die Feuchtigkeit länger zu halten, während der Fahrt mit einer Plane bedeckt. Auf der Baustelle wird der Drainbeton verteilt und dann mit einer leichten Rüttelplatte angerüttelt, so dass er porig bleibt, aber eine ebene Fläche bildet, auf die später die Drainasphaltschicht aufgebracht werden kann. Damit nicht zu viel Luft zirkuliert und das Material nicht zu schnell antrocknet, decken die Mitarbeiter des Bauunternehmens den Frischbeton mit Folie ab.

Gemischt wird in einer Turmanlage – ein Mischen in einer Sternanlage würde dem

Th.

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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S. Schneider, D. Vöcker, S. Marx: About loading frequency and stress rate influences on fatigue strength of concrete


DOI: 10.1002/best.201200061

BERICHT

Ben van Berkel, Frank Steller

Zentrum für virtuelles Engineering ZVE am Fraunhofer-Institut in Stuttgart-Vaihingen Leichte Stahlbetontragwerke mit großen Spannweiten Die offene transparente Bauweise des Zentrums für Virtuelles Engineering erforderte den Einsatz leichter Konstruktionen mit großen Spannweiten. Die Anforderungen an den Entwurf werden einleitend aus der Sicht des Architekten dargestellt. Anschließend werden die Schritte vom architektonischen zum konstruktiven Entwurf beschrieben. Auf die Erfahrungen mit den eingesetzten leichten Bauweisen wird ausführlich aus dem Blickwinkel des planenden Ingenieurs eingegangen.

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Centre for Virtual Engineering of the Fraunhofer Institute in Stuttgart-Vaihingen Light-weight reinforced concrete structures with large spans The opened and transparent construction of the Centre for Virtual Engineering required the application auf light-weight structures with large spans. In the beginning the draft requirements are shown from the architect’s viewpoint. Afterwards the steps from the architectural to the structural concept are described. In detail they dwell on the engineer’s experience with the applied light-weight constructions.

Einleitung

Die beengten Platzverhältnisse auf dem Fraunhofer Campus in Stuttgart-Vaihingen führten im Jahr 2005 zu der Entscheidung, das Flächenangebot am Institut für Arbeitswissenschaft und Organisation (IAO) durch einen an den Bestand unmittelbar angrenzenden Neubau (Bild 1) zu erweitern. Die Bestandsgebäude aus den 1980er Jahren mit ihrer klaren orthogonalen Grundrissgliederung werden durch einen organisch anmutenden Neubau mit fließenden Linien an exponierter Stelle aufgewertet. Die gestalterische Verbindung der so unterschiedlichen Bauwerke gelang durch die Angleichung an das Farbkonzept der Bestandsfassaden und dessen zeitgemäßer Weiterentwicklung. Entsprechend dem hohen Anspruch des Bauherrn soll das Gebäude die Innovationskraft der darin angesiedelten Forschungsbereiche in seinem äußeren und inneren Erscheinungsbild (Bilder 1 und 2) und in den verwendeten Materialien und Bauweisen widerspiegeln. Transparenz, Flexibilität und klar definierte funktionale Zuordnungen sind als Entwurfsprinzipien klar ablesbar. Mit leichten, weit gespannten Konstruktionen wird der architektonische Anspruch in eleganter Weise umgesetzt.

2 2.1

Zentrum für Virtuelles Engineering, Ostansicht Centre for Virtual Engineering, east elevation

Bild 2

Foyertreppe Stairs in the foyer

Das architektonische Konzept Die Entwurfsidee

Ausgehend von einer intensiven Phase der Programmanalyse wurden die verschiedenen Teilbereiche in eine räumliche Organisation für das Gesamtgebäude umgesetzt. Der diagrammatische Entwurfsansatz (Bild 3) kombiniert die Labor- und Forschungsfunktionen mit den öffentlichen Ausstellungsbereichen und einer szenografischen Wegeführung der Besucher zu einem offenen sowie kommunikativen Gebäudekonzept. Die verschiedenen Ar846

Bild 1

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


Bild 3

Funktionale Zuordnungen im Raumprogramm Functional relationships in space program

beitsbereiche wurden auf die Bedürfnisse der Mitarbeiter zugeschnitten. Es gibt in der gesamten Folge von Laborräumen keine räumlich getrennten Abteilungen. Stattdessen gehen diese ineinander über und fördern so die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Auch der szenografisch gestaltete Besucherrundgang war ein wesentliches Designelement. Besucher gelangen vom Eingangs- und Multimedia-Entree über die diagonal durch das Atrium verlaufenden Treppen (Bild 2) in die Obergeschosse. Hervorgehoben durch ein helles Farbkonzept, dient die Treppe als kontinuierlicher Leitfaden. An den Fassaden und in den Innenräumen sind die verschiedenen Raumfunktionen, wie etwa Büros oder Labors, mithilfe des Farbkonzepts ablesbar. Der Farbverlauf auf den Treppenstufen erleichtert Besuchern die Orientierung, sodass das Atrium insgesamt nicht nur als Raum für Kommunikation, sondern auch als „Schnittstelle“ zwischen Mitarbeitern und Besuchern dient. Auf dem Weg zum Ausgang bildet der Ausstellungsbereich „Virtuelle Realität“ den Höhepunkt des Besucherrundgangs. Konstruktive und gestalterische Aspekte sind in einer kohärenten Struktur mit offenen und geschlossenen Elementen integriert. Die Grundrissgeometrie aus gekrümmten und geraden Elementen ist mittels einer Sägezahngeometrie aufgelöst, ohne das Bild einer sich kontinuierlich transformierenden Fläche zu verlieren.

2.2

Nachhaltigkeit als Leitlinie des Entwurfs

Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit waren von Anfang an Schlüsselkriterien für den Entwurf. Das Tragwerk des Gebäudes besteht teilweise aus Hohlkörperdecken, die sparsamer und leichter sind als herkömmliche Stahlbetondecken mit gleicher Spannweite. Somit konnten die Räume völlig stützenfrei überspannt und durch den verringerten Materialeinsatz eine deutliche CO2-Reduzierung erzielt werden. Auch fortschrittliche technische Details wurden in die Konstruktion integriert: Betonkernaktivierung und Doppelböden mit eingebauten Leitungen für das Sprinklersystem reduzieren die Zahl sichtbarer Installationen auf ein Minimum und gewährleisten deren flexiblen Einsatz. Die Luftzufuhr für die tie-

Bild 4

Zentrum für virtuelles Engineering, Design-Studie Centre for Virtual Engineering, conceptual design

feren Raumbereiche erfolgt zum Teil über Luftkanäle im Doppelboden. Die Abluft wird direkt über die Schächte weggeführt. Die Grundstücksfläche des Zentrums für virtuelles Engineering ZVE ist im Hinblick auf mögliche Erweiterungen optimal ausgenutzt. Die abgerundete Bauform und Fassade ergab 7 % weniger Umfang als ein rechteckiges Gebäude auf der gleichen Fläche und außerdem ein besseres Größenverhältnis von Fassadenfläche zu Bauvolumen (Bild 4). Die Fassaden bestehen nur zu 32 % aus Glas. Sämtliche Einzelräume entlang der Fassade können über zu öffnende Fensterflügel natürlich be- und entlüftet werden. Durch fenstersturzfreie Decken kann das Tageslicht weit in die Räume reflektiert werden, was bei heruntergelassenem außen liegendem Sonnenschutz durch Tageslichtlamellen unterstützt wird. Alle technischen Medien sind in zugänglichen Schächten untergebracht. Sowohl für den Rohbau als auch für den Innenausbau und die Fassadenkonstruktion wurden wartungsarme, beim Rückbau gut trennbare und wiederverwertbare Materialien verwendet. Das Gebäude des Zentrums für virtuelles Engineering ZVE ist mit dem DGNB-Zertifikat in Gold der Deutschen Gesellschaft für nachhaltiges Bauen ausgezeichnet worden.

3 3.1

Die ingenieurtechnische Umsetzung Randbedingungen des konstruktiven Entwurfs

Aus den Leitlinien des Entwurfs mit seinen fließenden Übergängen zwischen den einzelnen Forschungsbereichen und dem szenografisch eingebetteten Besucherrundgang ergeben sich unmittelbar die Anforderungen an das Raumkonzept und die Baukonstruktion. Deren wesentliches Merkmal ist die Offenheit der Struktur mit ihren stützenfreien Räumen, die eine maximale Flexibilität ermöglichen. Eingebettet in das zentrale Atrium ist die wendelförmige Erschließung des Gebäudes für den Besucherrundgang. Sie besteht aus den galerieartigen Deckenauskragungen und den quer durch das Atrium verlaufenden Verbindungstreppen zwischen den beiden Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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gegenüberliegenden Gebäudeflügeln. Gleichzeitig dienen die Foyertreppen als Verbindungs- und Erschließungselement.

3.2

Unter Berücksichtigung der eben genannten Gründe erschien es deshalb sinnvoll, nur zweiachsig gespannte Systeme aus Normalbeton in die weiteren Überlegungen einzubeziehen. Folgende Alternativen wurden näher untersucht:

Gebäudegrundrisse

Im Grundriss besteht das Gebäude aus zwei sich in VForm öffnenden Baukörpern, die das Atrium aufspannen. In beiden Gebäudeflügeln befinden sich auf versetzten Ebenen Labor- und Bürobereiche, die eine Differenzierung der Geschosshöhen erforderlich machten. Die vertikalen Lasten werden ausschließlich über die Fassadenstützen und die drei innen liegenden Erschließungskerne abgetragen, sodass die Anforderungen an eine stützenfreie Nutzung im Inneren des Gebäudes erfüllt werden. Im Zuge der Weiterentwicklung des architektonischen Entwurfs wurde der große zentrale Erschließungskern in zwei einzelne Kerne aufgespalten, um auch im Kopfbau die Transparenz zwischen dem innen liegenden Atrium und der Außenfassade herzustellen. Die Erschließungskerne mit ihren Versorgungseinrichtungen, dem Aufzug und den Fluchttreppenhäusern dienen gleichzeitig als Aussteifungselemente für das Gebäude.

3.3 Deckentragwerke 3.3.1 Allgemeines Um die großen lichten Deckenspannweiten von bis zu 15 m stützenfrei zu überbrücken, wurden verschiedene Tragwerksalternativen auf ihre Verwendbarkeit untersucht und hinsichtlich ihrer Kosten bewertet. Anschließend wurde unter Berücksichtigung aller veränderbaren Faktoren gemeinsam mit der Bauherrschaft eine Tragwerkslösung ausgewählt, die sowohl den hohen Gestaltungsansprüchen Rechnung trägt als auch unter wirtschaftlichen und nutzungstechnischen Gesichtspunkten ein optimales Ergebnis darstellt.

– Konventionelle Stahlbetonmassivdecke – Vorgespannte Stahlbetonmassivdecke – Stahlbetonmassivdecke mit Hohlkörpern Hier seien nur die wesentlichen entscheidungsrelevanten Kriterien genannt. So wären die Deckenstärken bei einer konventionellen Massivdecke um bis zu 10 cm größer gewesen als bei den beiden anderen Alternativen, während die Vorspannung durch die Verformungsbehinderung der beiden Aussteifungskerne zu aufwendigen Anschlusskonstruktionen der Geschossdecken an die Aussteifungskerne geführt hätte. Von den drei untersuchten Lösungen erwies sich deshalb die Stahlbetonmassivdecke mit Hohlkörpern sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht als die überlegene Lösung.

3.3.3 Ausgeführte Lösung als leichte Hohlkörperdecke Nachdem die Entscheidung zugunsten der Hohlkörperdecke ausgefallen war, galt es, die gewählte Konstruktion weiter zu optimieren. So wurde z. B. aus tragwerksplanerischer Sicht vorgeschlagen, einen der drei Erschließungskerne um 2,50 m zu verschieben, um die maximale Deckenspannweite von 15 m auf 12,50 m zu reduzieren. Indem gleichzeitig bei den größten Deckenspannweiten in der Hauptrichtung vorgespannte Halbfertigteile (Bild 5, graue Flächen) eingebaut wurden, konnten sowohl die

3.3.2 Die untersuchten Alternativen Wegen der eingebauten Betonkerntemperierung konnten nur Lösungen mit einer glatten Deckenuntersicht berücksichtigt werden. Konventionelle leichte Rippendecken oder vorgefertigte vorgespannte Hohlkörperdecken mussten deshalb von Anfang an ausgeschlossen werden. Auch aufgrund der unregelmäßigen Grundrissgeometrie wären vorgefertigte einachsig gespannte leichte Deckensysteme nicht für die Entwurfsaufgabe geeignet gewesen. Ebenso wurden Tragwerkslösungen aus Konstruktionsleichtbeton verworfen, da mit diesen aufgrund des gegenüber Normalbeton ungünstigeren Kriech- und Schwindverhaltens die Anforderungen an den Grenzwert der Deckendurchbiegungen nicht hätten eingehalten werden können. Dies galt ebenso für jede Form von einachsig gespannten Deckensystemen. 848

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Bild 5

Entwurfsplan Decke über Ebene 2 Preliminary drawing, slab above 2nd floor


vorgegebenen Durchbiegungsgrenzwerte eingehalten als auch eine einheitliche Deckenstärke von 40 cm realisiert werden. Im Gegensatz zur Vorspannung ohne Verbund sind bei den im Spannbett vorgespannten Halbfertigteilen die elastischen Verkürzungen und die Verkürzungen aus Schwinden und Kriechen im Einbauzustand bereits zu großen Teilen abgebaut. Die Einflüsse aus der Verformungsbehinderung durch die Aussteifungskerne sind deshalb deutlich kleiner als bei einer konventionellen Vorspannung, sodass auf aufwendige Anschlusskonstruktionen der Decken an die Aussteifungskerne verzichtet werden konnte. Der wesentliche Vorteil der Hohlkörperdecke liegt in der Lastreduzierung (Eigengewicht und Verkehrslast) von ca. 17 % bei gleicher Deckenstärke im Vergleich zu einer konventionellen Massivdecke. Legt man die zur Einhaltung der Verformungskriterien tatsächlich erforderliche Deckenstärke von 45 cm bei einer konventionellen Massivdecke als Basis zugrunde, ergibt sich durch den Einbau der Hohlkörper sogar eine Lastreduzierung von ca. 25 %. Der Vorteil der Gewichtseinsparung wird allerdings mit einer reduzierten Querkrafttragfähigkeit [1] erkauft. Alle Deckenbereiche, in denen die Querkraft über dem reduzierten Grenzwert der Querkrafttragfähigkeit liegt, waren deshalb in konventioneller Bauweise ohne Hohlkörper herzustellen (Bild 6). In Verbindung mit einem Beton der

Güte C40/50 ließ sich im vorliegenden Fall ein wirtschaftliches Optimum erzielen. Zu Beginn der Planung gab es für die Hohlkörperdecken in Deutschland noch keine allgemeine baurechtliche Zulassung. Insbesondere hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit wurden von Seiten der Bauaufsicht zunächst Bedenken geäußert. In der Übergangszeit bis zur Erteilung der allgemeinen baurechtlichen Zulassung musste deshalb der statische Nachweis als Rippendecke geführt werden, was zu unwirtschaftlichen Konstruktionen geführt hatte, oder eine Zustimmung im Einzelfall beantragt werden. Glücklicherweise wurde nach der Auswertung weiterer Versuche [2] noch vor dem Baubeginn die allgemeine baurechtliche Zulassung des DIBt [3] erteilt, sodass auf die aufwendige und teure Ausbildung von verbügelten Stegen in den Decken verzichtet werden konnte. Die Querkrafttragfähigkeit wurde in der Zulassung mit 50 % der Tragfähigkeit des Vollquerschnitts festgelegt. Das gesamte Deckentragwerk wurde in fugenloser Bauweise [4] erstellt. Durch den relativ geringen lichten Abstand der Aussteifungskerne von nur 12,50 m liegen die maximal zu erwartenden Schwindverkürzungen bei den zwängungsbeanspruchten Decken zwischen den Aussteifungskernen unter 4 mm. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Verkürzung der vorgespannten Halbfertigteile aus Schwinden und Kriechen beim Einbau weitgehend abgeklungen ist und nach dem Einbau weitere Verkürzungen durch den darüber befindlichen Ortbeton behindert werden. Durch das sich einstellende Rissbild kommt es zu einem nahezu vollständigen Abbau der Zwangskräfte, sodass deren statische Auswirkungen auf die Aussteifungskerne vernachlässigt werden konnten. Die erforderliche Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreiten wurde entsprechend den Anforderungsklassen der DIN 1045-1, Abschnitt 11.2.1 [5] festgelegt. Die Reduzierung der Zwangskräfte infolge der geringeren Betonquerschnittsfläche an den Hohlkörpern wurde nicht in Ansatz gebracht, da nicht alle Deckenflächen gleichmäßig mit Hohlkörpern belegt sind. Eine Abstufung der Bewehrung wäre baupraktisch unsinnig gewesen und hätte außerdem dazu geführt, dass sich die Risse in den Bereichen mit Hohlkörpern und an den Übergängen zum Vollquerschnitt konzentriert hätten. In den Deckenbereichen mit vorgespannten Halbfertigteilen sind die Rissbreiten auf der Deckenunterseite wegen der eingelegten Litzenbewehrung grundsätzlich kleiner als bei den reinen Ortbetondecken. Ansonsten wurde für die obere Bewehrung zur Begrenzung der Rissbreite ebenfalls ein Vollquerschnitt zugrunde gelegt. Als Mindestbewehrung wurden Listenmatten mit dem Bewehrungsquerschnitt ∅ 11–10 als Einachsmatten verwendet.

3.3.4 Besonderheiten bei der Ausführung Bild 6

Hohlkörperdecke, Planausschnitt Flat slab with globular displacers

Wie bereits erwähnt, waren in den Deckenquerschnitten neben der Betonstahlbewehrung auch die Rohre für die Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

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3.3.5 Kostenvergleich Nach Angaben des Herstellers sind Hohlkörperdecken ab einer Stärke von 30 cm wirtschaftlich. Dies liegt daran, dass bei kleineren Deckenstärken die relative Gewichtseinsparung durch die einzubauenden kugelförmigen Verdrängungskörper wesentlich geringer ist als bei Deckenstärken ab 30 cm. Um auch für geringere Deckenstärken wirtschaftliche Lösungen zu ermöglichen, wurden vom Hersteller abgeflachte rotationssymmetrische Verdrängungskörper entwickelt, deren Verwendung allerdings bisher nicht in einer allgemeinen baurechtlichen Zulassung geregelt ist. Inzwischen wurden weitere Versuche mit abgeflachten Hohlkörpern [7] durchgeführt, sodass in absehbarer Zeit auch für dieses System eine allgemeine baurechtliche Zulassung vorliegen wird. Bild 7

Hohlkörperdecke vor Einbau der oberen Bewehrung Displacers in flat slab previous to upper reinforcement

Betonkerntemperierung einzubauen. Da die Zone der Hohlkörper aus statischen Gründen nicht mit zusätzlichen Einbauten belegt werden durfte, wurde die Ebene der Betonkerntemperierung unterhalb der Hohlkörperebene angeordnet. Bei allen weiteren Einbauten, wie z. B. einbetonierte Sprinklerleitungen und Elektro-Leerrohrbündel musste entlang der jeweiligen Trassen auf den Einbau von Hohlkörpern verzichtet werden (Bild 7). Die Vielzahl der Einbauten erforderte einen erhöhten Koordinationsaufwand während der Planung und eine detaillierte Abstimmung mit den Gewerken der technischen Gebäudeausrüstung. In diesem Zusammenhang bleibt zu erwähnen, dass infolge der zahlreichen Deckeneinbauten Dübelverankerungen nach den allgemeinen baurechtlichen Zulassungen nicht möglich waren. Da die ungestörte Mindestbauteildicke im Dübelverankerungsbereich statt 10 cm, wie in der Zulassung vorausgesetzt, nur 7 cm beträgt, mussten Auszugsversuche für geeignete Dübelbefestigungen durchgeführt werden. Wegen der im Beton verlegten Leitungen für die Betonkernaktivierung wurden nur Dübel mit einer maximalen Bohrtiefe von 5 cm in die Vorauswahl einbezogen. Zum Einsatz kam schließlich eine Betonschraube der Firma HILTI, Typ HUS-HR, 6 [6] mit einer effektiven Verankerungstiefe von 47 mm. Bei den Auszugsversuchen zeigte sich, dass die ermittelten Tragfähigkeiten auch bei einer auf 7 cm reduzierten Mindestbauteildicke des Prüfkörpers die Werte der Zulassung erreichten. Die ermittelte aufnehmbare Zugkraft NRd für eine randferne Einzelbefestigung betrug 2,3 kN. Während des Winters kam es an einigen Stellen an der Deckenoberseite zu tellergroßen schalenartigen Abplatzungen. Dabei handelte es sich um Frostschäden. Trotz eines Hinweises auf den Ausführungsplänen wurden für die Schrägabstützungen der Schalung einige Hohlkörper von der Oberseite her angebohrt, die sich mit Wasser füllten. Durch das Gefrieren während der Frostperiode kam es dadurch zu Betonabplatzungen an der oberen (dünneren) Betonschale über einigen Hohlkörpern. 850

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Die Herstellerangaben zur Wirtschaftlichkeit der Hohlkörperdecken wurden durch das Ausschreibungsergebnis im Wesentlichen bestätigt. Stellt man die ausgeschriebene Hohlkörperdecke einer gleich dicken konventionellen Decke gegenüber, so ergeben sich im vorliegenden Fall etwa 7 % höhere Baukosten. Berücksichtigt man allerdings die durch die Gewichtseinsparung ermöglichte Reduzierung der Deckenstärke um 5 cm, betragen die Mehrkosten der Hohlkörperdecke laut Ausschreibungsergebnis nur noch 3 %, sodass die Herstellung der Hohlkörperdecke gegenüber einer konventionellen Decke im vorliegenden Fall etwa kostenneutral ist. Berücksichtigt man die Einsparungen durch die reduzierten Gründungs- und Erdbebenlasten, die sich aus der geringeren Bauwerkslast ergeben, so entsteht sogar ein Kostenvorteil für die Hohlkörperdecke. Etwas ungünstiger fällt das Ausschreibungsergebnis bei den Hohlkörperdecken mit vorgespannten Halbfertigteilen aus. Hier lagen die Kosten der Hohlkörperdecke laut Ausschreibungsergebnis um etwa 18 % bzw. 8 % über den Kosten der konventionellen Stahlbetondecke, wobei die Deckenstärke der Hohlkörperdecke gegenüber der konventionellen Bauweise um 10 cm reduziert werden konnte. Die ungünstigere Kostenrelation ist auf die für Halbfertigteile sehr ungünstigen Einbaubedingungen zurückzuführen, kann aber auch vom geringeren Wettbewerb bei vorgespannten Halbfertigteilen beeinflusst worden sein.

3.4 Tragwerk der Foyertreppen 3.4.1 Allgemeines Die Foyertreppen mit ihrer Spannweite von bis zu 15 m verbinden die beiden Galerien der gegenüberliegenden Gebäudeflügel stützenfrei quer durch das Atrium hindurch. Die äußere Form und die Querschnittsgeometrie entstehen dadurch, dass sich die Außenansicht der senkrechten Betonbrüstung am oberen Treppenantritt beginnend über die Treppenlänge hinweg nach unten kontinuierlich unter die Treppe schiebt, bis sie am unteren Antritt übergangslos in die Deckenuntersicht übergeht. Das glei-


che geschieht entsprechend gegenläufig mit der unten beginnenden Stahlbetonbrüstung, die am oberen Treppenantritt übergangslos in die obere Deckenuntersicht übergeht. Die Treppenbrüstungen gehen dabei kontinuierlich und jeweils gegenläufig von einer reinen Stahlbetonbrüstung in eine im Treppenlauf eingespannte Glasbrüstung über. Trotz ihres bereichsweise voluminösen Querschnitts erhalten die Treppen durch die frei geformten Oberflächen eine schwebende Leichtigkeit.

3.4.2 Die untersuchten Alternativen Es wurden im Wesentlichen drei Alternativen für das Tragwerk untersucht:

Ein wesentlicher Vorteil der Stahlbetonlösung lag in der räumlichen Tragwirkung der Decken und Treppenbauteile. So konnten die Verformungen an den Deckenrändern mit dem Stahlbetonkonzept reduziert werden, weil die Treppen in statischer Hinsicht nicht mehr ausschließlich als Auflast, sondern auch als elastisches Auflager wirken. Um das Gewicht der Treppen zu reduzieren, wurde zunächst versucht, die äußere Schale als eine Art Hohlkasten auszuführen. Dieses Konzept stieß jedoch aus geometrischen Gründen an fertigungstechnische Grenzen, sodass einer massiven Ausführung der Treppen aus Leichtbeton der Vorzug gegeben wurde (Bilder 8 und 9). Trotz der Gewichtseinsparung beträgt das Eigengewicht einer Treppe immer noch mehr als 30 Tonnen. Nicht nur aus konstruktiven Gründen war eine Fertigteillösung daher nicht sinnvoll.

– Vorgefertigte Stahltreppe – Fertigteillösung aus Stahlbeton – Ortbetonlösung aus Konstruktionsleichtbeton Beim Vergleich der Stahlbaulösung mit einer Stahlbetonlösung zeigte sich sehr schnell, dass eine eingehängte Treppenkonstruktion aus Stahl trotz des geringeren Gewichts an den galerieartigen Deckenrändern zu übergroßen Verformungen geführt hätte. Der Effekt wurde dadurch verstärkt, dass die Treppenlasten meist an den Stellen einzuleiten gewesen wären, an denen auch ohne Berücksichtigung der Treppen die maximalen Deckendurchbiegungen auftraten. Weiterhin zeigte sich, dass schon allein die Herstellung einer stählernen Treppenaußenhaut aufgrund der Freiformflächen nur mit einem extrem hohen fertigungstechnischen und finanziellen Aufwand möglich gewesen wäre. Hinzugekommen wäre aufgrund der komplexen Treppengeometrie ein kaum geringerer Aufwand für die Herstellung der inneren Tragstruktur mit all ihren Anschlusskonstruktionen an die Stahlbetonkonstruktion. Die Stahlbaulösung wurde deshalb aus statisch-konstruktiven und aus wirtschaftlichen Gründen nicht weiter verfolgt.

Bild 8

Foyertreppe von Ebene E1 nach Ebene E2 Stairs in the foyer between Level E1 and Level E2

Bild 9

Querschnittsformen der Foyertreppe E1-E2 Cross-sections, stairs in the foyer from E1-E2

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Bild 10 Foyertreppe von Ebene E1 nach Ebene E2 Stairs in the foyer between Level E1 and Level E2

Bild 11 Foyertreppe von E1 nach E2, Bewehrung, Einbauteile Stairs in the foyer between Level E1 and Level E2

3.4.3 Ausgeführte Lösung aus Konstruktionsleichtbeton

(Bild 11) einzubauen. Dessen 3D-CAD-Daten wurden ebenfalls über eine Datenschnittstelle an den ausführenden Schlosserbetrieb übermittelt und dienten als digitale Grundlage der Fertigung.

Nachdem die Entscheidung zugunsten einer Leichtbetonkonstruktion gefallen war, galt es, die gewählte Lösung weiter auszuarbeiten. Da die Anforderungen an die Betonfestigkeit gegenüber dem Deckenbeton nicht reduziert werden konnten, wurde ein Konstruktionsleichtbeton der Rohdichte 1,8 mit der Festigkeitsklasse LC45/50 gewählt. Damit wurde bei der vorgegebenen Betonfestigkeit die maximal mögliche Gewichtseinsparung bzw. Lastreduzierung erzielt. So konnten mit der gewählten Konstruktion die Anforderungen an die Deckenverformungen eingehalten werden. Schwind- und Kriecheinwirkungen waren bei den Treppen aufgrund der großen Querschnittshöhen vernachlässigbar. Durch die Scharnierfunktion der Treppen zwischen zwei nachgiebigen Deckenrändern in zwei voneinander getrennten Gebäudeschenkeln ergibt sich eine sehr gutmütige verformungsunempfindliche Tragstruktur. Obwohl die Treppen monolithisch mit den Decken verbunden sind, ist das Tragverhalten nahezu zwängungsfrei. Der gegenüber Normalbeton um etwa ein Drittel geringere E-Modul von Leichtbeton hat deshalb keinerlei konstruktive Auswirkungen. Besondere Maßnahmen an den Übergängen zwischen Leichtbeton und Normalbeton waren nicht erforderlich. Die statische Bewehrung des Treppenquerschnitts besteht im Wesentlichen aus doppelt verlegten Stäben ∅ 12-10, die der Außenhaut folgend einzubauen waren (Bild 10). An einzelnen Stellen waren entsprechend der statischen Beanspruchung Zulagen erforderlich. Die Ausführung der Foyertreppen aus Leichtbeton hatte nicht nur statische sondern auch ausführungstechnische Vorteile. So wurden die 3D-CAD-Daten aus der Tragwerksplanungssoftware über eine Datenschnittstelle in die Software des Schalungsbauers überführt. Die Herstellung der hölzernen Schalungsform ließ sich dadurch mit höchstmöglicher Genauigkeit umsetzen. Für den späteren Einbau der Glasbrüstungen war ein sphärisch gekrümmtes lineares Stahl-Einbauteil mit U-förmigem Querschnitt 852

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3.4.4 Besonderheiten bei der Ausführung Um die Eigenschaften des ausgeschriebenen Leichtbetons unter den vorhandenen Einbaubedingungen zu gewährleisten, wurden Probemischungen und Probekörper hergestellt. So war es aufgrund der Treppenneigung z. B. erforderlich, mit einer möglichst steifen Konsistenz zu arbeiten, wobei an die Betonoberfläche höchste Anforderungen gestellt wurden. Gleichzeitig mussten trotz der vergleichsweise geringen Rohdichte die Festigkeitsanforderungen erfüllt werden, was bei der Betonrezeptur den größten Zielkonflikt darstellt. Bei der umlaufenden Längsbewehrung wurde ein maximaler Stabdurchmesser von 12 mm gewählt, um eine gewisse Biegsamkeit der Stäbe und Anpassungsfähigkeit an die Schalform zu gewährleisten. Die Längsbewehrung wurde deshalb mit Doppelstäben verlegt. Als Querbewehrung wurden Bügel ∅ 12 mm eingebaut, deren Biegeform sich entsprechend dem Querschnitt (vgl. Bilder 9 und 10) über die Treppenlänge kontinuierlich verändert. Zunächst wurde nur der Treppenlauf mit den Brüstungen betoniert. Der Einbau der Stufen erfolgte in einem zweiten Arbeitsschritt nach dem Einbau der Elektroinstallation und weiterer Versorgungsleitungen.

3.4.5 Kosten Aufgrund der außergewöhnlichen Bauweise lassen sich die Kosten der Treppenkonstruktion nur schwer mit den Kosten konventioneller Konstruktionen vergleichen. Vor allem muss berücksichtigt werden, dass im Bauzustand aufwendige Unterstützungskonstruktionen für die Scha-


Bild 12 Berechnung am FE-Gesamtmodell Total finite-element-model of the structural analysis

lung zu errichten waren. So ist es nicht verwunderlich, dass das Preisniveau der Einheitspreise bei den Foyertreppen etwa sechs bis sieben Mal höher liegt als bei konventionellen Stahlbetonkonstruktionen.

3.5

Statische Berechnung am FE-Gesamtmodell

Wie bereits erwähnt, bilden die Decken zusammen mit den Foyertreppen ein faltwerkartiges räumliches Tragwerk. Dies war einer der Gründe, die statische Berechnung am Gesamttragwerk [8] durchzuführen (Bild 12). Ein weiterer Grund lag darin, dass die Erdbebenbemessung der Foyertreppen und der angrenzenden Decken mit dem vereinfachten Berechnungsverfahren der DIN 4149 nicht möglich gewesen wäre. Dies galt ebenso für die mehrgeschossigen frei tragenden und teilweise auskragenden Wandträger, die ähnlich wie die Foyertreppen die beiden sich spreizenden Gebäudeflügel miteinander verbinden. So konnte mit der Berechnung am Gesamtmodell nicht nur der Erdbebennachweis der Konstruktion geführt, sondern auch das Schwingungsverhalten der Deckenbauteile mit den angehängten Foyertreppen im Gebrauchszustand analysiert werden. Die modale Analyse zeigte, dass sich die Decke mit der niedrigsten Eigenfrequenz im 2. Obergeschoss befindet. Anhand einer dynamischen Überprüfung konnte nachgewiesen werden, dass das Schwingungsverhalten unkritisch ist und ein Aufschaukeln der Konstruktion durch Personen ausgeschlossen werden kann.

4

Einige Anmerkungen zur CAD-Bearbeitung

Der architektonische Entwurf des Zentrums für Virtuelles Engineering wurde mit der CAD-Software Rhino erstellt, die inzwischen von vielen namhaften Architekten in der Entwurfsarbeit und in der 3D-Visualisierung eingesetzt wird. Es zeigte sich jedoch, dass für den Datentransfer zur Tragwerksplanung bei Beginn der Bearbeitung keine ge-

eigneten Schnittstellen zur Verfügung standen. Die Modellierung der Freiformflächen erfolgt in Rhino ausschließlich über ein numerisches Flächenmodell, während die 3D-Schalplanbearbeitung auf einem Volumenmodell basiert. Mit den anfangs vorhandenen Schnittstellen IGES und STEP konnte aus Rhino nur ein Drahtmodell übertragen werden, wobei die Layerstruktur beim Datentransfer vollständig verloren ging. Dies führte dazu, dass komplexe Daten nach der Datenübertragung nur noch als „Drahthaufen“ vorhanden waren und eine weitere Bearbeitung der Daten mehr oder weniger unmöglich war. Erst mit einer neuen Version der CAD-Software Allplan war es möglich, über eine Programmschnittstelle die Rhino-Daten als Flächenmodell mit ihrer Layerstruktur in Allplan-Daten zu transformieren und danach in ein Volumenmodell umzuwandeln, das die Grundlage der Schal- und Bewehrungsplanung bildete.

5

Zusammenfassung

Aus architektonischer Sicht ist das Zentrum für Virtuelles Engineering ein gelungenes Beispiel für die Umsetzung kreativer Ideen in einem aufgeschlossenen Team aus Bauherrn, Architekten und Fachplanern. Alle Beteiligten (Tab. 1) waren bereit, ungewöhnliche Ideen einzubringen und bis zur Ausführung weiterzuentwickeln. Einmal mehr zeigte sich, dass herausragende Architektur eine intensive Zusammenarbeit zwischen Architekten und Tragwerksplanern erfordert. Wenn darüber hinaus ein innovativer Bauherr in die planerischen Entscheidungsprozesse eingebunden ist, sind alle Voraussetzungen gegeben, um höchste Qualitätsansprüche in Gestaltung und Funktionalität umzusetzen. Die architektonische Wirkung der Haupttragelemente beruht auf einer Symbiose von statischen und gestalterischen Funktionen, sodass das Tragwerk in seiner Leichtigkeit völlig aus dem Blick des Betrachters verschwindet. CO2-sparende Hohlkörperdecken mit integrierten Leitungen der Betonkerntemperierung sind Bestandteil einer nachhaltigen Bauweise, die von der Deutschen Gesellschaft für nachhaltiges Bauen mit dem Zertifikat in Gold ausgezeichnet wurde.

Tab. 1

Am Bau Beteiligte Participants

Bauherr Architekt Bauleitung Tragwerk Prüfingenieur Bauausführung Zertifizierung

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., München UNStudio, Amsterdam ASPLAN, Kaiserslautern ASPLAN, Kaiserslautern BKSi, Stuttgart Dipl.-Ing. P ETER HERMANN, Gerlingen Gottlob Brodbeck GmbH, Metzingen KOP Real Estate Solutions, Weinstadt (DGNB)

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Bild 13 Zentrum für virtuelles Engineering, Südansicht, Bauphase Centre for Virtual Engineering under construction, south elevation

Bild 14 Zentrum für Virtuelles Engineering, Westansicht Centre for Virtual Engineering, west elevation

Die Entscheidung für die Hohlkörperdecke war auch aus der Sicht des Tragwerksplaners richtig und hat sich in jeder Hinsicht bewährt. Durch die Gewichtseinsparung konnten größere Deckenspannweiten realisiert werden. Ein besonderes Augenmerk war auf die intensive Koordination mit den Gewerken der technischen Gebäudeausrüstung zu richten, denn außer den Hohlkörpern waren auch die Leitungen der Betonkerntemperierung, ElektroLeerrohrbündel sowie Sprinkler- und Entwässerungsleitungen in die Decken einzubetonieren. Für Befestigungen an der Deckenunterseite wurde eine zugelassene Betonschraube mit geringer Bohrtiefe verwendet. Die Ausführung der Decken war bis auf wenige Kleinigkeiten problemlos. Die Kosten der Hohlkörperdecken lagen etwa in der gleichen Höhe wie bei einer Massivdecke mit gleichen Eigenschaften. Einsparungen bei der Gründung sind dabei nicht mitgerechnet.

Durch die Verwendung von Leichtbeton konnten die weit gespannten Foyertreppen stützenfrei an die galerieartigen Deckenränder des Atriums angeschlossen werden. Die Betonfestigkeit bestimmte dabei maßgeblich das Maß der Gewichtseinsparung. Trotz der komplizierten Geometrie und der technischen Besonderheiten wurden die Ausführungszeiten weitgehend eingehalten (Bilder 13 und 14). Größere Terminverschiebungen ergaben sich allerdings infolge der außergewöhnlich langen Winterperiode. Um Bauvorhaben wie das Zentrum für Virtuelles Engineering erfolgreich zu realisieren, ist auf Seiten des Tragwerksplaners architektonisches Einfühlungsvermögen und ein Gespür für das technisch Machbare erforderlich. Dazu bedarf es jeweils eines Partners, der die Sprache seines Gegenübers versteht und nicht zuletzt eines Bauherrn, der unkonventionelle Wege mitgeht.

Literatur [1] P FEFFER, K ARSTEN.: Untersuchungen zum Biege- und Durchstanzverhalten von zweiachsigen Hohlkörperdecken. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 4, Nr. 178, Düsseldorf 2002. [2] ABRAMSKI, M.; ALBERT, A.; P FEFFER, K.; SCHNELL, J.: Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Tragverhalten von Stahlbetondecken mit kugelförmigen Hohlkörpern. Beton- und Stahlbetonbau 105 (2010), Heft 6, S. 349–361. [3] Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-15.1-282, Hohlkörperdecke System „COBIAX“. DIBt Berlin, 2010. [4] FASTABEND, M.; SCHÄFERS, T.; ALBERT, M.; SCHÜCKER, B.; DOERING, N.: Fugenlose und fugenreduzierte Bauweise – Optimierung im Hochbau. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 4, S. 225–235. [5] DIN 1045-1-1 2008-08, Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1 Bemessung und Konstruktion. Beuth-Verlag Berlin 2008. [6] Europäische Technische Zulassung ETA-08/0307. Hilti Betonschraube HUS, Betonschraube in den Größen 6, 8, 10 und 14 zur Verankerung in Beton, Berlin, 21. Januar 2011. [7] ALBRECHT, C.; ALBERT, A.; P FEFFER, K.; SCHNELL, J.: Bemessung und Konstruktion von zweiachsig gespannten Stahlbetondecken mit abgeflachten rotationssymmetrischen

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Hohlkörpern. Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 9, S. 590–600. [8] FASTABEND, M.; SCHÄFERS, T.; ALBERT, M.; LOMMEN, H.: Zur sinnvollen Anwendung ganzheitlicher Gebäudemodelle in der Tragwerksplanung von Hochbauten. Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009), Heft 10, S. 657–663. Architekturfotos: Bilder 1, 2, 14, von CHRISTIAN RICHTER Autoren

Prof. Ben van Berkel UNStudio Stadhouderskade 113 1073 AX Amsterdam info@unstudio.com

Dipl.-Ing. Frank Steller BKSi GmbH Schwieberdinger Straße 5 70435 Stuttgart steller@bksi.de


Firmen und Verbände – Persönliches– Rezensionen – Nachrichten Aus dem Inhalt Gratulation: Wilfried B. Krätzig ist 80 Jahre alt ............................... Jürgen Stritzke 75 Jahre ..................................................................... Vorstand der Ingenieurkammer Hessen im Amt bestätigt ............ Hohe Auszeichnung für Präsident der Bay. Ingenieurkammer Bau Call for entries ....................................................................................... Innovationen im Brücken- und Ingenieurbau ................................. 13. Ingenieurbaupreis von Ernst & Sohn .......................................... fib Bulletin No. 68 .................................................................................

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 12/12

PERSÖNLICHES

Gratulation: Wilfried B. Krätzig ist 80 Jahre alt

(Foto: Bergische Universität Wuppertal)

er, ist nicht selbstverständlich. Es erfordert viel Selbstdisziplin und eine aktive Lebensweise. Kaum ein anderer verkörpert diese Tugenden besser als WILFRIED KRÄTZIG. Geboren und aufgewachsen in der Freien Hansestadt Hamburg, ist er Hanseat durch und durch: Sachlich, verlässlich und stets rational in seinen Entscheidungen.

Bild 1

Professor KRÄTZIG bei der Tagung ISCT 2012

Seine Forschungsergebnisse können sich sehen lassen: Mehr als 330 Publikationen in Zeitschriften, bei wissenschaftlichen Tagungen und in Forschungsberichten, Herausgeber und Mitglied in den editorial boards zahlreicher Fach-

Nach seinen grundlegenden Arbeiten zum Tragverhalten von Schalen, mit denen er Deutschland zu einem führenden Land im Kühlturmbau entwickelte, widmete er sich der Baudynamik. Er holte den SFB 151 „Tragverhalten und Tragfähigkeit von Baukonstruktionen unter dynamischen Einwirkungen“ an die Ruhr-Universität Bochum und legte damit den Grundstein für eine seit 30 Jahren andauernde Kontinuität an Sonderforschungsbereichen im Bauingenieurwesen. Denn auch der zweite Bochumer SFB 398 „Lebensdauerorientierte Entwurfskonzepte unter Schädigungs- und Deteriorationsaspekten“ wurde maßgeblich durch ihn initiiert und durchgesetzt. Seine vielseitigen ehrenamtlichen Tätigkeiten, als langjähriger Fachgutachter

(Foto: RWE Energie AG, Essen)

(Foto: Musical Dome GmbH & Co KG, Düsseldorf)

Am 8. November dieses Jahres hat der ehemalige Ordinarius für Statik und Dynamik der Ruhr-Universität Bochum, em. Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E.h. mult. WILFRIED B. KRÄTZIG sein 80. Lebensjahr vollendet. In diesem Alter körperlich und geistig so fit zu sein wie

Auch seine Ingenieurkarriere verlief geradlinig: Studium an der Technischen Hochschule in Hannover, danach vier Jahre als Tragwerksplaner und Bauleiter bei der Eduard Züblin AG, zurück nach Hannover mit Promotion und Habilitation in Rekordzeit von nur sechs Jahren, und schließlich 1970 nach einem zweijährigen Auslandsaufenthalt an der University of California in Berkeley die Berufung auf den Lehrstuhl Statik und Dynamik der neugegründeten Ruhr-Universität Bochum.

zeitschriften, Doktorvater von über 30 Dissertationen und Mentor von elf Habilitationen. Viele seiner Schüler sind inzwischen selbst auf Lehrstühle in Deutschland oder im Ausland berufen worden. Sie konnten sich stets seiner vorbehaltlosen Unterstützung sicher sein.

Bild 2

Bautechnische Prüfung des Musical Dome Köln

Bild 3

Entwurf des weltgrößten Kühlturms in Niederaußem

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BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell der DFG, als Gutachter der AvH-Stiftung, als Beiratsmitglied beim VDI und als Vorsitzender in Ausschüssen der VGB und der IASS, wurden allseits anerkannt und gewürdigt durch zahlreiche Ehrungen: 1991 die CARL-FRIEDRICHGAUß-Medaille der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft, 1994 die Ehrendoktorwürde der TU Dresden, 2000 die WERNER-HEISENBERG-Medaille der ALEXANDER-VON-HUMBOLDT-Stiftung, 2003 das VDI Ehrenzeichen, 2010 die Ehrenmitgliedschaften der International Association of Shell and Spatial Structures IASS und der Kroatischen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Mechanik und schließlich 2012 die Ehrendoktorwürde der Bauhaus-Universität Weimar. Alle diese Ehrungen beweisen die große Wertschätzung, die WILFRIED KRÄTZIG zu Recht in der nationalen und internationalen Forschergemeinschaft genießt.

stets auch die Aufgaben der Ingenieurpraxis im Auge behalten. Viele Jahre saß er im Ausschuss des Bauministeriums für die Anerkennung von Prüfingenieuren, ebenfalls viele Jahre war er Vorsitzender des VGB-Ausschusses „Bautechnik bei Kühltürmen“, deren Richtlinien er maßgeblich geprägt hat. 1983 gründete er die Krätzig & Partner Ingenieurgesellschaft für Bautechnik mbH und war dort tätig als Prüfingenieur für Baustatik. Er war beteiligt an vielen herausragenden Bauvorhaben, wie dem Wiederaufbau der Berliner Kongresshalle, der Prüfung des Musical-Domes in Köln (Bild 2), dem Entwurf des weltgrößten Naturzugkühlturms in Niederaußem (Bild 3) und dem Bau der 15 Eisenbahnbrücken im „Lehrter Bahnhof“ in Berlin. Auch war er für Energieversorger und Baufirmen, für Landes- und Bundesministerien und für das Bundesumweltamt gutachterlich tätig.

Wir als deine ehemaligen Schüler und langjährigen Partner in der Krätzig & Partner Ingenieurgesellschaft freuen uns, dass du körperlich und geistig frisch bist und uns nach wie vor mit gutem Rat zur Seite stehst. Wir gratulieren dir, lieber WILFRIED, aufs Herzlichste zu deinem Geburtstag.

Obwohl die meisten ihn eher als „Theoretiker“ sehen, hat WILFRIED KRÄTZIG

WILFRIED KRÄTZIG ist weit davon entfernt, sich zur Ruhe zu setzen. Im Juni

H. BEEM, U. ECKSTEIN, R. HARTE und U. MONTAG, Bochum

gaben in Lehre und Forschung war er von November 1992 bis Juli 1994 geschäftsführender Leiter des Lehrstuhls Stahlbeton, Spannbeton und Massivbrücken. An der Fakultät Bauingenieurwesen war er u. a. Mitglied des Fakultätsrates, Studiengangsleiter, Prodekan und von 1997 bis 2000 Dekan. Seinen größten Bekanntheitsgrad in der deutschen und auch ausländischen Fachwelt der Bauingenieure hat Prof. STRITZKE durch die von ihm ins Leben gerufenen und seit 1991 jährlich durchgeführten Dresdner Brückenbausymposien erhalten. Begonnen wurde dieses Symposium mit 120 Teilnehmern. Die anfänglich regionale Veranstaltung wurde schnell größer, und heute gehört das Dresdner Brückenbausymposium nicht nur zu den größten und erfolgreichsten Veranstaltungen der TU Dresden, sondern ist seit Jahren mit zuletzt ca. 1 500 Teilnehmern bundesweit die größte und bedeutendste Brückenbautagung. Das Verdienst dazu gebührt zweifellos Prof. STRITZKE, einem Hochschullehrer, der auch nach der Versetzung in den Ruhestand mit großer Aktivität weiter arbeitete und sich mit bewundernswertem Engagement für die Organisation und die fachliche Qualität dieser Tagung eingesetzt hat.

Entwicklung statt. Wurde anfangs noch mit Dias und Folien gearbeitet, so werden heute PowerPoint-Präsentationen und Filme höchster Qualität gezeigt. Die Anzahl der Teilnehmer des Dresdner Brückenbausymposiums hat sich in den letzten Jahren so stark vergrößert, dass die Kapazität des Audimax von 1 000 Sitzplätzen nicht mehr ausreicht und Bild und Ton noch in einen anderen Hörsaal mit 600 Sitzplätzen übertragen werden müssen. Auch für die zunehmend bessere Gestaltung der Tagungsbände, die heute in hervorragender Form mit farbigen Bildern den Teilnehmern des Symposiums zu Beginn der Veranstaltung ausgehändigt werden, hat sich der Jubilar ständig eingesetzt. Eine wesentliche Bereicherung des Dresdner Brückenbausymposiums ist zweifellos die Firmenmesse im Foyer des Hörsaalzentrums, die Prof. STRITZKE erstmals zum 14. Brückenbausymposium einrichtete. Seitdem können sich die Teilnehmer der Tagung neben den dargebotenen Vorträgen auch mit den neuesten Produkten und der aktuellen Software auf dem Gebiet des Brückenbaus vertraut machen, sodass ein umfassender und nicht mehr wegzudenkender Branchentreff des Brückenbaus an der TU Dresden entstanden ist.

dieses Jahres nahm er als einer der Hauptredner am 6. International Symposium on Cooling Towers in Bensberg teil (Bild 1). Ende Oktober, also wenige Tage vor seinem Geburtstag, reiste er nach Wuhan/China, um dort als Chairman eine Tagung zur zukunftsorientierten Aufwindtechnologie zu leiten. Weitere nationale und internationale Aktivitäten sind geplant. Diese großen Anstrengungen dienen in vorbildlicher Weise dem internationalen Ansehen der Ingenieurwissenschaften in Deutschland und zeugen von seiner ungebrochenen Vitalität.

PERSÖNLICHES

Jürgen Stritzke 75 Jahre

Jürgen Stritzke

Am 13. Dezember 2012 vollendet Prof. Dr.-Ing. JÜRGEN STRITZKE sein 75. Lebensjahr, und alle seine Freunde, zahlreichen Fachkollegen und Schüler gratulieren ihm zu seinem Jubiläumsgeburtstag sehr herzlich und wünschen ihm weiterhin beste Gesundheit, Schaffenskraft und alles Gute. Seine hervorragenden Leistungen als Hochschullehrer, Ingenieur, Forscher und Organisator sind vor fünf Jahren in der Bautechnik 84 (2007) Heft 12, S. 916–917 gewürdigt worden und sollen im Folgenden ergänzt und vervollständigt werden. Der Jubilar JÜRGEN STRITZKE wurde 1992 zum Professor für Massivbrückenbau an die Technische Universität Dresden berufen. Neben den üblichen Auf-

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

Vom ersten bis zum 22. Brückenbausymposium 2012 fand eine sehr vielfältige


BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell Die großen Verdienste von Prof. STRITZKE bei der Organisation und Durchführung und die dadurch ständig steigende Bedeutung der Dresdner Brückenbausymposien hatten schließlich auch dazu geführt, dass die Verleihung des Deutschen Brückenbaupreises mit seiner Auslobung durch die Bundesingenieurkammer und den Verband Beratender Ingenieure unter der Schirmherrschaft des Bundesministers für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung seit 2006 alle zwei Jahre mit einem Festakt am Tag vor dem Brückenbausymposium an der TU Dresden stattfindet. Im Jahr 2004 erfolgte die Berufung von JÜRGEN STRITZKE in die Jury für den unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung ausgelobten Deutschen Brückenbaupreis, zu der er auch 2006, 2008, 2010 und als Vorsitzender 2012 gehörte. Für Prof. STRITZKE war es stets wichtig, die Verbindung zu den praktischen Aufgaben des Bauingenieurwesens und vor allem des Stahlbeton-, Spannbeton- und Massivbrückenbaues zu pflegen. Das bezeugen u.a. seine Mitgliedschaft und aktive Mitarbeit im NABau – Unterausschuss Betonbrücken, im Sachverständigenausschuss Spannverfahren beim Deutschen Institut für Bautechnik (bis 2007), der Akkreditierungsagentur für Studiengänge der Ingenieurwissenschaften und Informatik (bis 2009) und des Beirates „Historische Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland“ bei der Bundesingenieurkammer.

Es ist folgerichtig, dass sein überragendes Engagement und Fachwissen würdig für Auszeichnungen war und ist. So erhielt er 2005 den DRESDEN CONGRESS AWARD und wurde 2010 mit der „Ehrenmedaille der Technischen Universität Dresden“ in Würdigung der Verdienste um das Dresdner Brückenbausymposium ausgezeichnet und bekam die „Ehrenmedaille der Bundesingenieurkammer“ für die Begründung des Dresdner Brückenbausymposiums, die Unterstützung des Deutschen Brückenbaupreises und die Tätigkeit im Beirat Historische Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland verliehen. Aus seinen ca. 90 Veröffentlichungen, von denen sich die meisten auf den Brückenbau beziehen, seien nur seine Arbeiten als Mitautor an der 1986 vollständig neubearbeiteten Auflage des Fachbuches von BENNO LÖSER „Bemessungsverfahren für Beton- und Stahlbetonbauteile“, seine Mitarbeit im 2007 von GERHARD MEHLHORN herausgegebenen „Handbuch Brücken – Entwerfen, Konstruieren, Berechnen, Bauen und Erhalten“ und den Band 2 der Historischen Wahrzeichen der Ingenieurbaukunst in Deutschland „Die Göltzschtalbrücke“ den er gemeinsam mit P. BEYER verfasste, genannt. Ein weiteres Verdienst von Prof. STRITZKE ist es, dass er sich stets bemüht hat, die so leidigen Auseinandersetzungen um den Bau der Waldschlößchenbrücke in Dresden durch zahlreiche Diskussionen und Veröffentlichungen (z. B. Zwischenruf: Fakten zur Dresdner

Waldschlößchenbrücke, Bautechnik 84 (2007), H. 11, S. 819–822) sachlich und fachlich richtig zu stellen. Auch heute noch pflegt Prof. STRITZKE die Verbindung zur Studentenschaft. Er ist Gründungsmitglied (1992) und Ehrenmitglied des Vereins der Freunde des Bauingenieurwesens der TU Dresden e.V., und er ist präsent mit Vorträgen bei Treffen ehemaliger Bauingenieurstudenten. Nach über 50jährigem stets engagiertem, erfolgreichem und erfülltem Berufsleben als Hochschullehrer und Bauingenieur mit besonderer Liebe zum Brückenbau ist der Jubilar auch heute noch hilfsbereit und voller Tatendrang oft im Institut für Massivbau anzutreffen. Er scheut keinen Einsatz, wenn es positive Entwicklungen im Baugeschehen zu unterstützen oder negative Erscheinungen zu kritisieren gilt. Entspannung findet er u. a. wenn er mit seiner Frau CHRISTINE, einer sehr erfolgreichen Rollschuhlauftrainerin, Reisen in alle Welt unternimmt. Lieber JÜRGEN STRITZKE, alle deine Freunde, Kollegen und Schüler wünschen auch weiterhin viel Tatendrang und Schaffenskraft bei guter Gesundheit. HEINZ OPITZ, Dresden

NACHRICHTEN

Vorstand der Ingenieurkammer Hessen mit großer Mehrheit für weitere drei Jahre im Amt bestätigt Bei der 29. Mitgliederversammlung am 02.11.2012 in Wiesbaden wurde Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. UDO F. MEIßNER ohne Gegenstimme als Präsident der Ingenieurkammer Hessen (IngKH) wiedergewählt. Er tritt mit dieser Wahl seine vierte Amtszeit als Kammerpräsident an. Vizepräsident bleibt in dritter Amtszeit der Öffentlich bestellte Vermessungsingenieur Dipl.-Ing. JÜRGEN WITTIG. Schatzmeister Dr.-Ing. MATTHIAS VOGLER wurde ebenfalls zum dritten Mal im Amt bestätigt, wie auch die weiteren Beisitzer des Vorstandes Dr.-Ing. ULRICH DEUTSCH, Dipl.-Ing. INGOLF KLUGE und Prof. Dr.-Ing. JOAQUIN DIAZ. Der Vorstand bedankte sich für das ihm entgegengebrachte Vertrauen und bekräftigte, sich auch in der kommenden dreijähri-

gen Legislaturperiode für die Interessen und Belange der Ingenieure in Gesellschaft, Politik und Wirtschaft engagiert einzusetzen. Präsident Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. UDO F. MEIßNER lobte in seinem Jahresbericht die sehr gute und intensive Zusammenarbeit mit dem Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung (HMWVL). „Wir freuen uns auch weiterhin auf einen effizienten Dialog mit der Politik. Dabei wird die anstehende Novelle des hessischen Ingenieurgesetzes sowie des Ingenieurkammergesetzes einen Schwerpunkt in der Kammerarbeit einnehmen.“ Auch die Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) wird in Zukunft ein zentrales Thema der Diskussio-

nen bleiben. „Wir werden uns für die weitere Novellierung der HOAI besonders einsetzen“, betonte MEIßNER. Thematisch werde in Zukunft die Nachhaltigkeit mit all Ihren Facetten, wie beispielsweise die Maßnahmen zur Energiewende oder das nachhaltige Flächenmanagement, die Arbeit der Ingenieure beschäftigen. Darüber hinaus werde sich die Ingenieurkammer Hessen weiter nachdrücklich für Qualität der Ingenieurleistungen wie auch für die Erhaltung des Qualitätssiegels „Dipl.-Ing.“ neben den im Bologna-Prozess eingeführten Studienabschlüssen Bachelor und Master einsetzen, dem Fachkräftemangel im Ingenieurwesen entgegen wirken und den Ingenieurnachwuchs tatkräftig fördern.

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BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell

NACHRICHTEN

Hohe Auszeichnung für Präsident der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau

„Es ist mir eine Freude, Ihnen für Ihre bedeutsamen Leistungen als Präsident der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau die Staatsmedaille für besondere Verdienste um die Bayerische Wirtschaft zu verleihen“, sagte MARTIN ZEIL beim Festakt in München. SCHROETER gehört der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau seit ihrer Gründung an und ist seit 2007 Präsident der Kammer. Die Träger der Staatsmedaille seien erfolgreiche Vorbilder und hätten Außergewöhnliches und Großartiges geleistet,

(Foto: STMWIVT)

Dr.-Ing. HEINRICH SCHROETER, der Präsident der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau, wurde vom bayerischen Wirtschaftsminister MARTIN ZEIL mit der Staatsmedaille für besondere Verdienste um die bayerische Wirtschaft ausgezeichnet. Die Staatsmedaille ist die höchste Auszeichnung, die das Bayerische Wirtschaftsministerium vergibt. Sie wird an Personen verliehen, die sich in herausragender Weise um die Wirtschaft Bayerns verdient gemacht haben.

Der Bayerische Wirtschaftsminister MARTIN ZEIL zeichnet den Präsidenten der Bayerischen Ingenieurekammer-Bau, Dr.-Ing. HEINRICH SCHROETER, mit der Staatsmedaille für besondere Verdienste um die bayerische Wirtschaft aus

sagte MARTIN ZEIL. Sie zeichneten sich durch Verlässlichkeit und verantwortliches Handeln aus. Dr. SCHROETERS Engagement im Bereich Nachwuchsförderung und seinen Einsatz gegen den Fachkräftemangel lobte ZEIL besonders. Auch sein Wirken über die Grenzen Bayerns hinaus, u. a. durch Tätigkeiten in der

Bundesingenieurkammer sowie internationalen Organisationen, hob ZEIL hervor. „Ich freue mich sehr über diese hohe Auszeichnung und werde mich auch weiter nachdrücklich für die Belange der Ingenieure im Bauwesen einsetzen“, versicherte Kammerpräsident Dr. SCHROETER.

NACHRICHTEN

Call for entries: the fib Awards for Outstanding Concrete Structures fib, the International Federation for Structural Concrete (“fédération internationale du béton”), has announced the call for entries its 2014 Awards for Outstanding Concrete Structures competition. These prestigious awards give international recognition to the innovative and inspiring use of concrete in construction. Since 2002, the fib Awards for Outstanding Concrete Structures are given every four years with the goal of promoting international recognition of structures that demonstrate the versatility of concrete as a structural medium. The awards, presented at the fib Congress, consist of a bronze plaque that can be displayed on the structure, and a certificate presented to the principal parties responsible for the work. The fib awards continue the tradition of the former FIP Award for Outstanding Concrete Structures (1990–1998). The entry deadline for the 2014 edition of the fib Awards for Outstanding Con-

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

crete Structures is 15 February 2013. The awards will then be presented at the 2014 fib Congress in Mumbai, India, in February 2014 (www.fibcongress2014mumbai.com). Structures entered in the competition must have been completed between 1st January 2010 – 31st January 2013. The jury may accept an older structure, completed one or two years prior to January 2010, provided it was not already submitted for the previous edition of the award (Washington 2010). All entries must be endorsed in writing (letter or email) by the Head of Delegation or the National Member Group Secretary for the relevant member country. The awards are attributed in two categories, Civil Engineering Structures (including bridges) and Buildings, by an international jury designated by the fib Presidium. The jury generally attributes one or two ‘Awards’ and two or three ‘Special Mention’ citations in each category, but may change these numbers accord-

ing to the entries received. The jury members will take into account criteria such as: – design aspects including aesthetics and design detailing, – construction practice and quality of work; – environmental aspects of the design and its construction, – durability and sustainability aspects, – significance of the contribution made by the entry to the development and improvement of concrete construction. To commemorate the awards fib will publish a full colour brochure presenting selected entries, including the ‘Awards’ and ‘Special Mention’ recipients, which will have a worldwide distribution of over 1500 copies. The entry procedure and entry form are available for downloading from the fib website at http:// www.fibinternational.org/awards#AOS.


BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell

NACHRICHTEN

Innovationen im Brücken- und Ingenieurbau

Im Innovationsprogramm Straße hat die Abteilung Brücken- und Ingenieurbau der BASt seit dem Jahr 2009 eine Reihe von Projekten initiiert und zum Teil bereits zum Abschluss gebracht. Im Rahmen der Projekte werden neue, innovative Konzepte und Technologien für Bau, Erhaltung und Betrieb von Brücken- und Ingenieurbauwerken entwickelt. Ziel des Forschungskolloquiums ist es, die Straßenbauverwaltung, planende und ausführende Firmen und Ingenieurbüros sowie die Forschungscommunity über neue und innovative Forschungen zu infor-

(Foto: BASt)

Im Rahmen des Forschungsprogramms „Straße im 21. Jahrhundert“ werden innovative Konzepte und Technologien für Bau, Erhaltung und Betrieb von Brückenund Ingenieurbauwerken entwickelt. Hauptthemenfelder sind „Intelligente Brücken und Tunnel“ sowie „Infrastrukturmanagement – Ingenieurbauwerke“. Bei einem Forschungskolloquium am 31. Oktober 2012 in der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurden Ergebnisse aus ersten Projekten präsentiert.

Rund 150 Fachleute trafen sich am 31. Oktober 2012 in der BASt beim Forschungskolloquium „Innovationen im Brücken- und Ingenieurbau“

mieren. Dabei werden Ansätze zur Übertragung der Erkenntnisse in die Praxis hervorgehoben sowie Anstöße für Weiterentwicklungen gegeben. Rund 150 Fachleute trafen sich in der BASt, um sich auszutauschen und in einer begleitenden Fachausstellung zu

informieren. Staatssekretär RAINER BOMund der Abteilungsleiter Straßenbau Prof. Dr. JOSEF KUNZ aus dem Bundesverkehrsministerium stellten das in Zusammenarbeit mit der BASt erarbeitete langfristige Rahmenforschungsprogramm vor. BA


BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell

NACHRICHTEN

Das Polnische Nationalstadion in Warschau gewinnt den 13. Ingenieurbau-Preis von Ernst & Sohn Die Jury tagte am 16. November 2012 in Berlin.

Ingenieure: schlaich bergermann und partner Architekt: gmp · Architekten von Gerkan, Marg und Partner mit JSK Architekci sp. z o.o.; schlaich bergermann und partner Bauherr: Narodowe Centrum Sportu Sp. z o.o. Ausführung: Cimolai Spa Federführend für das Konsortium JV Cimolai S.p.A + Mostostal Zabrze + Hightex GmbH In der Urteilsbegründung der Jury heißt es (Auszug): Mit dem polnischen Nationalstadion in Warschau wurde ingenieurtechnisches Neuland betreten. Herausragend ist der Entwurf einer Multifunktionsarena mit wintertauglichem wandelbarem Innendach und die Umsetzung in ein komplexes Gesamttragwerk, dessen statisches System verschiedene Prinzipien des Speichenrades synthetisiert. […] Aus-

(Foto©: MARCUS BREDT)

Unter 37 eingereichten Objekten mit Standorten in 13 Ländern wählte die Jury nach funktionalen, technischen, wirtschaftlichen und gestalterischen Gesichtspunkten einen Sieger aus: Das Polnische Nationalstadion in Warschau.

Das Polnische Nationalstadion in Warschau

gezeichnet werden die ungewöhnliche Konstruktion und die ingeniöse Beherrschung des Spiels der Grundbeanspruchungen von Druck und Zug in der Planung und Ausführung. Das Ergebnis ist eine bis ins Detail gestalterisch durchdachte strukturale Komposition, die ästhetisch und konstruktiv überzeugt. Neben dem Siegerprojekt erhalten folgende Projekte Auszeichnungen zum Preis (ohne Wertungsfolge): Stahlviadukt Binnenhafenbrücke, Hamburg, WTM Engineers GmbH (Massivbau) und Ingenieurbüro Grassl GmbH (Stahlbau),

sowie Sanierung Hauptbahnhof, Hamburg, lngenieurbüro A. Elsner. Die Preisverleihung findet am 25. Januar 2013 in Berlin statt. Der Preis wird vom Verlag Ernst und Sohn seit 1988 alle zwei Jahre für herausragende Leistungen im Konstruktiven Ingenieurbau an ein Projektteam für das ausgezeichnete Bauwerk vergeben. Die Ingenieurleistung muss innerhalb Deutschlands, Österreichs oder der Schweiz erbracht worden sein, wohingegen sich der Standort des Bauwerks weltweit befinden kann.

BÜCHER

fib Bulletin No. 68: Probabilistic performance-based seismic design Kategorie: Technical report Erscheinungsjahr: 2012 118 Seiten, DIN A4 ISBN: 978-2-88394-108-3 Preis: CHF 90,00 In the last ten to fifteen years a vast amount of research has been undertaken to improve on earlier methods for analysing the seismic reliability of structures. These efforts focused on identifying aspects of prominent relevance and disregarding the inessential ones, with the goal of producing methods that are both more efficient and easier to use in practice. Today this goal can be said to be substantially achieved.

such a multi-disciplinary problem, ranging from seismology, to geotechnics, to structural analysis and economy, all of them to be consistently organised into a probabilistic framework. As the output of this research was dispersed into a multitude of technical papers, fib Commission 7 thought it worthwhile to select the essential aspects of this large body of knowledge and to present them into a coherent and accessible document for structural engineers. To this end a task group of specialists was formed, whose qualifications come from their personal involvement in the above-mentioned developments throughout this period of time.

During these years scientific activity covered all of the many aspects involved in

From its inception the group decided that the bulletin should have had a dis-

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Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12

tinct educational character and provide a clear overview of the methods available. The outcome is a compact volume that starts by introducing the concepts and definitions of performance-based engineering, continues with two chapters on assessment and design, respectively, presenting the methods in detail accompanied by illustrative examples, and concludes with an appendix with sample programming excerpts for their implementation. It is believed that at present fib Bulletin 68 represents a unique compendium on probabilistic performancebased seismic design.


BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell

BÜCHER

Handbuch Technischer Lawinenschutz

RUDOLF-MIKLAU, F., SAUERMOSER, S. (Hrsg.): Handbuch Technischer Lawinenschutz. Berlin: Ernst & Sohn 2011. 466 S., zahlr. Abb. u. Tab., 17 × 24 cm, Hardcover, ISBN 978-3-433-02947-3; € 89,– Die ständig zunehmende Nutzung des Alpenraums im Winter erfordert stete Schutzmaßnahmen von Gebäuden, Infrastruktur oder auch Skipisten vor Lawinen. Dieser Schutz wird in der Regel über raumplanerische Maßnahmen via Gefahrenkarten, temporäre Maßnahmen (z. B. Sperrungen) oder durch den Einsatz technischer Schutzverbauungen erreicht. Letzterem Gebiet kommt mit zunehmender Entwicklung in diesem Bereich und einer mittlerweile sehr großen Erfahrung eine große Bedeutung zu. Bei der Komplexität der Thematik ist darum der technische Lawinenverbau nicht mehr nur eine Randthematik im allgemeinen Schutzwesen, sondern hat sich zu einer ganz eigenen Disziplin entwickelt. Diesem Umstand trägt das vorliegende Werk Rechnung mit dem Ziel, den in den Schutzverbau involvierten Personen und Institutionen ein Handbuch zu bieten, welches nach Möglichkeit alle relevanten Aspekte abdeckt. Ein Konzept, welches – soviel kann vorweggenommen werden – aufgeht. Das Buch richtet sich an Ingenieure und Planer sowohl in der Verwaltung als auch in der Praxis. Es dient dabei sowohl dem Einsteiger wie dem Experten als Referenz. Die tiefe und vollständige Behandlung der Lawinenschutzthematik erlaubt es, das Buch als alleiniges Werkzeug im Rahmen eines Projektes zu verwenden. Auf ein umfangreiches Literaturverzeichnis kann bei Bedarf dennoch zurückgegriffen werden.

Grundlagen Zur umfassenden Behandlung des Lawinenschutzes gehört zu allererst das Ver-

ständnis der Lawinen als Naturgefahr selbst. Hierzu werden die geographischen, morphologischen und vor allem die meteorologischen Randbedingungen dargestellt, welche die Entstehung von Lawinen bewirken können. Elementar sind am Ende der Aufbau der Schneedecke und der aktuelle Zustand des Schnees in den einzelnen Schichten. Die sogenannte Nivologie beschreibt dabei die einzelnen Metamorphosen der Schneekristalle und welche Einflüsse die verschiedenen Zustände auf die Stabilität der Scheedecke haben. Wichtig zur Charkterisierung der Lawinen werden abschließend noch die notwendigen Definitionen behandelt bezüglich Quantifizierung oder Lokalisierung von Lawinen. Aber auch der Einfluss der Vegetation als natürlicher Lawinenschutz wird nicht vernachlässigt. Relevant für den technischen Lawinenschutz sind insbesondere die Einwirkungen. Hierzu werden die physikalischen Grundlagen der Lawinendynamik erarbeitet und existierende deterministische und numerische Lawinenmodelle vorgestellt, mit welchen die Lawinengefahr abgeschätzt werden kann. Wichtig sind dann die sich daraus ergebenden Lasten, welche auf Hindernisse, Bauten oder Schutzmaßnahmen wirken.

Planung von Schutzmaßnahmen Zur effizienten Planung technischer Schutzmaßnahmen gehört in erster Linie die geographische Positionierung auf Basis von Gefahren- und Schadenskarten und den daraus resultierenden Risikokarten. Darüber können die entsprechenden Schutzziele definiert werden, welche umfassend in Kapitel 6 erläutert werden. Entscheidende Faktoren sind hierfür natürlich auch Kostenwirksamkeit und Nachhaltigkeit der gewünschten Maßnahmen. Die Fortschritte auf dem Gebiet des technischen Lawinenschutzes bieten mittlerweile eine gewisse Vielfalt an Verbauungstypen, welche jeweils einzeln hinsichtlich Ihrer Wirkungsweise getrennt nach Anrissgebiet, Sturzbahn oder Auslaufzone beschrieben werden. Dem schließt sich ein umfassendes Kapitel zu Design und Bemessung inklusive not-

wendiger Nachweisverfahren hinsichtlich der verschiedensten Einwirkungen an. Berücksichtigt werden dabei die verschiedenen unter- und oberirdischen Komponenten der Schutzbauten. Die Einwirkung direkt auf Objekte und die möglichen direkten Objektschutzarten werden in einem eigenen Kapitel behandelt.

Tätigkeiten vor Ort Im Kapitel 9 werden alle notwendigen und typischen Arbeiten zur Errichtung der Schutzmaßnahmen im Gelände beschrieben. Dies beinhaltet sowohl Baustellenerschließung und Absteckung als auch die Vorgehensweisen zum Setzen von Ankern oder Pfählen. Beleuchtet werden dabei auch die zu erwartenden Kosten und notwendige Sicherheitsmaßnahmen. Abschließend behandelt werden noch notwendige regelmäßige Inspektionen wie auch typische Sanierungsmaßnahmen und Schadensbilder, dies wiederum mit Schätzungen der zu erwartenden Kosten. Werden keine permanenten Schutzmaßnahmen realisiert, können über regelmäßiges Monitoring und entsprechende Warnsysteme mithilfe von z. B. temporären Straßensperrungen Straßen freigehalten werden. Dies erfordert unter Umständen auch Sprengungen. Die Möglichkeiten zur Überwachung von Lawinengebieten und notwendige Maßnahmen im Zuge von Sprengungen werden hierbei aufgeführt.

Zusammenfassung Zusammenfassend kann dieses Buch also einer jeden Fachperson empfohlen werden, wenn es darum geht, kompakt und nur aus einer Hand alle relevanten Information hinsichtlich Lawinenschutz zu erhalten. Den Abschluss des Handbuches bildet eine Übersicht über den internationalen Stand im Bereich Lawinenschutz. Detaildaten und Entwicklungsstand von elf Ländern werden einander hier gegenübergestellt und erlauben so eine Einschätzung der lokal jeweils üblichen Schutzverfahren. AXEL VOLKWEIN, Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdorf

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BETON- UND STAHLBETONBAU aktuell

D I S S E R TAT I O N

CAROLIN ROTH:

Lebenszyklusanalyse von Baukonstruktionen unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten – ein Beitrag zur Nachhaltigkeitsbewertung von Gebäuden bei ungewissem Lebensweg Dissertation am Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie der Technischen Universität Darmstadt Referent: Prof. Dr.-Ing. CARLALEXANDER GRAUBNER Korreferent: Prof. Dr.-Ing. habil. THOMAS LÜTZKENDORF Bezugsquelle: Dr.-Ing. Carolin Roth, Hock Beratende Ingenieure GmbH, Büchelbergstraße 38, 63808 Haibach, 06021/6399-0, post@hock-ingenieure.de

Zusammenfassung Für Bauherren und Investoren ist es in zunehmendem Maße von Interesse, welchen Beitrag ein Bauwerk zu einer Nachhaltigen Entwicklung leisten kann. Die Frage, wie dieser Beitrag prospektiv und relativ (d. h. vorausschauend und im Vergleich mit alternativen Baukonstruktionen) quantifiziert werden kann, beschäftigt bereits seit längerem die Bauforschung. Es ist allgemein anerkannt, dass die Nachhaltigkeitsanalyse von Gebäuden stets eine Betrachtung des gesamten Lebenszyklus erfordert. Merkmal der prospektiven Bewertung jedoch ist, dass der künftige Lebensweg des Bauwerks unbekannt ist und die ihn bestimmenden Parameter durch Ungewissheit gekennzeichnet sind. Eine bedeutsame Stellung in der Nachhaltigkeitsbewertung nehmen die Ökobilanzkriterien und die Lebenszykluskosten ein. Sie beruhen auf ausgereiften und

anerkannten Methoden mit quantifiziertem Ergebnis. Zudem wird mit ihnen eine echte Lebenszyklusperspektive eingenommen. So können mithilfe der Methode der Ökobilanz (Life Cycle Analysis, LCA) beispielsweise die Treibhausgasemissionen ermittelt und in kg CO2-Äquivalenten angegeben werden, die durch ein Bauwerk von der Entnahme der Rohstoffe für die Herstellung bis zur Entsorgung am Lebensende verursacht werden. In ähnlicher Weise ermöglicht die Methode der Lebenszykluskostenrechnung (Life Cycle Costing, LCC) die Ermittlung aller Kosten von der Herstellung über die Nutzung bis zur Beseitigung unter Berücksichtigung von Preissteigerungs- und Zinseffekten. Die vorgenannten Methoden fußen jedoch auf zahlreichen Annahmen bezüglich des Lebenszyklus, die als unsicher einzustufen sind. Dadurch wird es erschwert, verlässliche Aussagen zur Vorteilhaftigkeit von Planungsvarianten zu treffen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn Bauteilreserven oder ein gezielter Mehraufwand die Aussicht auf künftige Einsparungen eröffnen. Inwiefern die erhofften Einsparungen realisiert werden können, hängt nämlich von Entwicklungen ab, die heute noch ungewiss sind. Mehraufwand und Einsparungen können sich dabei sowohl auf Kosten als auch auf Umweltgesichtspunkte beziehen. Typische Fragestellungen betreffen beispielsweise

die Instandsetzungsfreundlichkeit, Umnutzungsfähigkeit und Reinigungsfreundlichkeit eines Gebäudes oder recyclinggerechtes Bauen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methodik entwickelt, die eine Lebenszyklusanalyse von Gebäuden unter Ungewissheit ermöglicht. Sie beruht im Kern auf der Nutzwertanalyse und der Szenariotechnik und ist dank diverser Anpassungsmöglichkeiten für den Bewertenden flexibel auf viele Aufgabenstellungen anwendbar. Es wird unter anderem gezeigt, wie die relevanten Bewertungskriterien auf Basis anerkannter Nachhaltigkeitsziele unter Berücksichtigung problemspezifischer Randbedingungen festgelegt werden können und ein Bewertungsmaßstab sowie eine Gewichtung der Kriterien gefunden werden können. In einem ausführlichen Anwendungsbeispiel wird der Bewertungsablauf einschließlich der Entwicklung von Szenarien und deren Auswertung vorgestellt. Alle Beispielrechnungen erfolgen an einem fiktiven mehrgeschossigen Wohn-/ Bürogebäude in Massivbauweise. Der Bauwerksentwurf entstammt dem DAfStbVerbundforschungsvorhaben „Nachhaltig Bauen mit Beton“, mit dem die Autorin während ihrer Tätigkeit am Fachgebiet Massivbau der Technischen Universität Darmstadt betraut war.

DANK

An dieser Stelle bedanken wir uns wie immer zum Jahresende bei allen Lesern und Autoren. Besonders gedankt sei den zahlreichen Fachleuten von Universitäten, Fachhochschulen sowie aus der Baupraxis, die der Redaktion ehrenamtlich ihr Wissen als Berater und Rezensenten für die eingereichten Manuskripte zur Verfügung stellen. Unsere Rezensenten 2012 waren: Manfred Curbach Michael Fastabend Jürgen Feix Oliver Fischer Bastian Fuchs Christoph Gehlen Roman Geier Michael Hansen Josef Hegger Jan Hofmann

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Ute Hornig Manfred Keuser Johann Kollegger Christian Kulas Werner Lang Torsten Leutbecher Dirk Lowke Peter Mark Steffen Marx Reinhard Maurer Viktor Mechtcherine Lars Meyer Ronald Mihala Karl Morgen Harald S. Müller Balthasar Novák Dirk Proske Norbert Randl Hans-Wolf Reinhardt Wolfgang Roeser Günter Rombach

Markus Rost Silke Scheerer Franz-Hermann Schlüter Friedrich Schneider Jürgen Schnell Christian Sodeikat Kerstin Speck Gerhard Stenzel Alfred Strauß Josef Taferner Alexander Taffe Bernhard Weller Udo Wiens Otto Wurzer Auch Herrn Dr.-Ing. DIERK THODE, der die Redaktion mit kurzen Berichten unterstützt, möchten wir herzlich danken. Ihnen allen wünscht die Redaktion ein gesundes und erfolgreiches Jahr 2013.


VERANSTALTUNGSKALENDER

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen Ort und Termin

Veranstaltung

Auskunft und Anmeldung

Berlin

Praktiken und Potentiale von Bautechnikgeschichte – Entwicklung der internen und externen Vorspannung bei Schrägkabelbrücken, 17. Januar – „Räder müssen rollen für den Sieg“. Albert Ganzenmüller, des Teufels Staatssekretär im Reichsverkehrsministerium, 31. Januar – Entwicklungslinien des Spannbetonbrückenbau 1935 bis 1970, 14. Februar – Sportboote und die Mobilitätsrevolution um 1900, 28. Februar – Entwicklung der fédération internationale du béton (fib) von 1952 bis heute, 14. März – Zur Entwicklung der Spannbetonvorschriften in der DDR, 25. April – Die Entwicklung des Spannbetonbaus bei Leonhardt, Andrä und Partner, 16. Mai – Die Berliner Kongreßhalle (1957) – Konzept, Realisierung, Einsturz, Wiederaufbau, 6. Juni

Arbeitskreis Technikgeschichte im VDI-Bezirksverein Berlin-Brandenburg e.V. Dr.-Ing. KARL-EUGEN KURRER Karl-Eugen.Kurrer@wiley.com

Bökendonk 18. Januar bis 13. März 25. Januar bis 20. März 5. Februar bis 13. April

Lehrgangstermin Qualifizierte Führungskraft in der Betoninstandhaltung nach DAfStb-Richtlinie (Zertifizierung Bau GmbH)

BZB Akademie Tel.: 02151/5155-30 akademie@bzb.de www.bzb.de

Ostfildern 22. bis 23. Januar

3. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken Natursteine und historische Bauwerke – Brücken und Tunnel – Oberflächenschutz – Bewehrungskorrosion – Historische Sichtbetonflächen – Textilbeton – Mörtel – Instandsetzungsverfahren – Instandsetzung von Brücken – Natursteine und historische Bauwerke – Natursteinbrücken – Verstärkung von Bauwerken – Parkhäuser – Abdichtung – Betonkorrosion in Abwasser- und Biogasanlagen – Recht – Fassade – Bauwerksdiagnostik

TAE Technische Akademie Esslingen Tel.: 0711/34008-23 www.tae.de

Bökendonk 22. Februar bis 16. März

Zertifizierter sachkundiger Planer für Betoninstandsetzung 72 Std. in 3 Modulen à 2 Tagen + 1 Modul à 3 Tage

BZB Akademie Tel.: 02151/5155-30 akademie@bzb.de www.bzb.de

Braunschweig, 24. Januar Beton-Seminare 2013 Göttingen, 31. Januar Weiterentwicklung des Regelwerks im Betonbau, Überblick – Hannover, 05. Februar Anwendungserfahrungen mit den Expositionsklassen – Wismar, 14. Februar Bewehren des Betons – Verarbeiten des Betons auf der BauOldenburg, 20. Februar stelle – Erfahrungen bei der Ausführung von Sichtbeton – Hamburg, 21. Februar Ausgewählte Schadensbilder im Betonbau und ihre Vermeidung Verden, 07. März Rendsburg, 13. März Osnabrück, 14. März Zwickau, 22. Januar Apolda, 13. Februar Dresden, 26. Februar Berlin, 27. Februar Leipzig, 28. Februar Neubrandenburg, 06. März Potsdam, 12. März Magdeburg, 19. März Berlin, 26. März

BetonMarketing Nord GmbH und BetonMarketing Ost Gesellschaft für Bauberatung und Marktförderung mbH anmeldung@betonmarketing.de www.beton.org

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VERANSTALTUNGSKALENDER

Ort und Termin

Veranstaltung

Auskunft und Anmeldung

Esslingen 28. bis 30. Januar

Forum KKS fkks Infotag 2013 Kathodischer Korrosionsschutz im Stahlbetonbau – fkks workshop Zustandsbewertung – Jahreshauptversammlung

Fachverband Kathodischer Korrosionsschutz fkks Tel.: +49 0711 919 927 20 geschaeftsstelle@fkks.de

Wien 24. bis 25. Januar

8. Fachausstellung „Grundbau-Brunnenbau“ & 9. Österreichische Geotechniktagung Bauen im (Grund-)Wasser als besondere Herausforderung für Planung und Ausführung, Nutzung des (Grund-)Wassers für innovative (Energie-)Systeme der Zukunft

office@voebu.at www.oegt-2013.voebu.at

Neu-Ulm 5. bis 7. Februar

57. BetonTage Werte schaffen

FBF Betondienst GmbH Tel.: 0711/32732-326 www.betontage.de

Altdorf bei Nürnberg 7. Februar

Nachträgliche Bauwerksabdichtung Von den Grundlagen bis zur Anwendung

TAW Technische Akademie Wuppertal Tel.: 09187/931 0 taw-altdorf@taw.de

Darmstadt

Weiterbildung für Tragwerksplaner Aus der Praxis für die Praxis Ganzjährige Seminarreihe mit 6 Veranstaltungstagen Eine übertragbare Kurskarte, die für die 6 Veranstaltungen der Seminarreihe gültig ist, berechtigt zu einer flexiblen Teilnahme von bis zu 3 Mitarbeitern

TU Darmstadt Fachgebiet Massivbau Dipl.-Wirtsch.-Ing. CHRISTIAN SIEGEL Tel.: +49 6151 16-75458 siegel@massivbau.tu-...

Braunschweig 18. bis 19. Februar

Hochschulkurs: Vom Schüttgut zum Silo Fließverhalten von Schüttgütern – -Ermittlung der Fließeigenschaften – Probleme beim Lagern von Schüttgütern – Siloauslegung – Spannungen in Silos – Entmischung – Austraggeräte und Austraghilfen – Dosieren – Gestaltungsmöglichkeiten – Neue Silonorm DIN 1055-6:2005-03 und EuroCode 1 Teil 4 (DIN EN 1991-4) – Fallbeispiele

Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V. (GVT) ANNA MARIA HIPP Tel.: 069/7564-118 gvt-hochschulkurse@gvt.org www.gvt.org

Bozen/Südtirol 21. bis 23. Februar

VIATEC 2013 Internationale Fachmesse für Straßenbau und Infrastrukturbewirtschaftung. Schwerpunkt: Tunnelbau sowie Lebenserwartung und Instandhaltung von Infrastruktur

www.fierabolzano.it/viatec/de

Berlin 26. Februar bis 2. März

9. BÜV-Zertifizierlehrgang zum Sachkundigen Planer im Bereich Schutz und Instandsetzung von Betonbauwerken

Bau-Überwachungsverein BÜV e.V. Tel.: (030) 31 98 914-20 info@buev-ev.de

Darmstadt 12. März

2. Darmstädter Ingenieurkongress – Bau und Umwelt, Session „Klima- und ressourcenschonendes Bauen mit Beton“ Neuartige Zemente – Innovative Betontechnologie – Betondauerhaftigkeit bei Verwendung industrieller Nebenprodukte – Betone aus rezyklierten und nachwachsenden Rohstoffen – Nachhaltigkeitsbewertung von Betonbauwerken

TU Darmstadt, Fachgebiet Massivbau Tel.: 06151/16-2144 siegel@massivbau.tu-darmstadt.de www.bauingenieurkongress.de

Hamburg 11. bis 12. April

DEUTSCHER BAUTECHNIK-TAG 2013 Infrastruktur stärken – Zukunft sichern

Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. (DBV) www.bautechniktag.de

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Arbeiten in … Peru „Unsere Lebens-, Denk- und Arbeitsweise ist nicht exportierbar“ Fünf Fragen an Dipl.-Ing. Eric Kuhn, Inhaber, Geschäftsführer Alpin Technik und Ingenieurservice GmbH 1. Ihr Unternehmen arbeitet in einem sehr spezialisierten Segment. Können Sie unseren Lesern Ihre Aufgabe, so wie Sie sie sich stellen, erläutern? Wir sind ein Leipziger Ingenieurbüro, spezialisiert auf Prüfleistungen in der Energieerzeuger- und Chemie-Industrie und auf die Prüfung und Instandhaltung von Seilbauwerken, besonders Brücken. Für uns wird es immer dann interessant, wenn der Arbeitsplatz schwer zugängig und die Aufgabe außergewöhnlich und mit hohem Innovationspotential verbunden ist.

Dipl.-Ing. Eric Kuhn, Inhaber, Geschäftsführer Alpin Technik und Ingenieurservice GmbH

Fundament Widerlager 4 oV

2. Die Puente Machingero in Peru ist nicht irgendeine Brücke. Können Sie kurz die Bedeutung dieses Brücken-Projekts für die Arbeit Ihres Büros umreißen? Diese Brücke und alle damit verbundenen Aktivitäten sind in gewisser Weise ein Spiegelbild unseres täglichen Geschäfts: Arbeit muss Spaß machen; wir suchen besondere Herausforderungen. Wir versuchen mit unseren Partnern wie Kunden fachlich, aber auch menschlich übereinzukommen, wir bemühen uns um kundenspezifische und innovative Lösungen und wir verstehen einen Teil unseres Tuns auch als gesellschaftliche Verantwortung. Die 110 m Hängebrücke über den Fluß Mishquiyacu im peruanischen Amazonasdorf Tres Unidos war ein gemeinschaftliches Projekt unserer Firma, einzelner Angestellter, verschiedener unserer Subunternehmer und anderer Partner. Wir mussten beim Design, bei der Ausführungsplanung, Materialbeschaffung und letztlich bei der Umsetzung des Bauvorhabens, das ca. 1 Jahr dauerte, nahezu alle unsere bisher gewohnten Herangehensweisen bis auf die Grundlagen „herunter reduzieren“. Wir konnten das große Ziel erreichen, nur mit Spenden für Material, mit unbezahlter Arbeitskraft der Dorfbewohner, ohne Technik, ohne Verbindungsmittel wie Schrauben und Nägel, nur mit einheimischen und lokalem Material und ohne CAD-Programme, sondern nur mit grundlegenden Überlegungen, die auch den Bewohnern des Dorfes vermittelbar waren, eine solche Brücke mit 70 m Spannweite zu erschaffen. Es kam dazu, dass das Dorf im Prinzip nur per Einbaum über den großen Huallaga Strom erreichbar war, oder über sehr lange, abenteuerliche Wege per Auto. Wir sind viermal in das Dorf gereist, und haben gelernt, für uns problemlos verständliche Sachverhalte so zu erklären und aufzuarbeiten, dass sie auch unsere fleißigen Dorfbewohner verstanden – zumindest aber nicht als Hexenwerk missverstanden haben. Ein Geschäftspartner hatte seine Fähigkeiten, wunderbare, Comics ähnelnde Zeichnungen zu erstellen, genutzt und „Bauanleitungen“ für die einzelnen Bauabschnitte in einer Art Comics erstellt. Mit Stolz erfüllt uns, dass genau die Menschen, die nun letztlich von der Brücke täglich profitieren, diese auch fast allein gebaut haben und sich damit auch mit ihr identifizieren. Wie kann man das besser erklären, als mit der Ehre, dass sie sie nach ihrem Stamm – „Machingero“ – benannt haben und nicht nach uns! Wie könnte man besser die Bedeutung für uns und unser Büro beschreiben? Sprechen Sie das Projekt bei unseren Kollegen in Leipzig an, werden Ihnen das Leuchten in den Augen, das Schmunzeln und die vielen kleinen Geschichten auffallen, die der eine oder andere zu berichten hat.

Bauteam

WISSENSWERTES ZUM PERUANISCHEN BAU-ARBEITSMARKT IM ÜBERBLICK – erforderliche Papiere Als Tourist können Sie sich 183 Tage visafrei in Peru aufhalten. Für geschäftliche Aktivitäten benötigen Sie ein Geschäftsvisum. Wenn Sie vorhaben, in Peru zu arbeiten, müssen Sie ein Arbeitsvisum beantragen. Dazu benötigen Sie einen peruanischen Arbeitgeber, der sie bei der Einholung des Visums bei der Einwanderungsbehörde unterstützt. Sie müssen ein Hin und Rückflugticket vorweisen. – praktische Hinweise für Einreise und Alltag Die meisten Reisenden erreichen das Land über den Flughafen in Lima. Von Lima aus verkehren Busverbindungen in das ganze Land. Weite Strecken kann man natürlich auch mit Inlandsflügen zurücklegen. Generell sollte man sich im Gastland zurückhaltend bewegen und Wertgegenstände nicht zur Schau tragen. Wasser sollte man auf keinen Fall aus der Leitung trinken. Sonst gilt für Früchte „peel it or leave it“. Je nach Reiseziel (Küstengebiet, Amazonasgebiet oder Hochland) sind unterschiedliche Impfungen zu empfehlen. „Cash is King“ gilt trotz des Vorhandenseins von Kartenlesegeräten. Geldautomaten geben oft nicht mehr als 200 € aus. – offene Stellen in welchen Bereichen Peru wird ein gewaltiges Straßenbauprogramm auflegen und sucht Expertise aus dem Ausland. Deutschland wird dabei Peru zumindest auf planerischem Gebiet stark unterstützen.


Arbeiten in … Peru 3. Gab es Momente, in denen Sie ein solches Projekt für doch nicht durchführbar hielten? Ehrlich gesagt nein. Einmal in Lima auf dem Flughafen, als mein Daypack im Transitraum unter dem Stuhl, auf dem ich saß, während eines kurzen Gespräches mit einem Sicherheitsbeamten gestohlen wurde und mit ihm 4.500 €, ein Militärnotebook und andere Wertgegenstände unauffindbar verschwunden waren, reichte es mir. – Ein schnell vorübergehender Zustand, war doch das Projekt viel zu ambitioniert, um wegen Dieben aufgegeben zu werden. 660 handgesägte Hartholzbohlen

4. Welche Rolle hat die Mentalität Ihrer peruanischen Kollegen bei dem Projekt gespielt? Wenn man sich nicht auf die lokalen Gepflogenheiten einer Kultur einlässt, ist jedes Projekt zum Scheitern, oder wenigstens zu schlechtem Verlauf verurteilt. Wir ahnten das aus unserer üblichen Geschäftstätigkeit im Ausland und haben uns alle gegenseitig anpassen müssen. Manchmal, wenn ich heute mit meinen Kindern in das Primatenhaus im Leipziger Zoo gehe, und mir klar mache, wie ich die Affen beobachte und sie mich, und ich dann nicht mehr weiß, auf welcher Seite ich stehe, dann tun sich die Parallelen zu unseren Aufenthalten in Tres Unidos auf. Wir waren die, die dort nicht hingepasst haben, beobachtet wurden und die sich in erster Linie anpassen mussten. Und unsere Freunde in Tres Unidos taten ihrerseits alles, um es uns leichter zu machen. Am Ende stand die Brücke und das Wissen darum, dass es geklappt hat!

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Pylon errichtet

Beton wird ins Widerlager gefu ̈llt

5. Wie sehen Sie Ihre eigene Rolle, die Ihrer Mentalität, dabei? Kurz gesagt, wir haben wieder einmal gelernt, dass unsere Lebens-, Denkund Arbeitsweise nicht exportierbar ist, und wir mit Sorgfalt unsere Kontakte in den Rest der Welt pflegen müssen. Spannen der Tragseile

Lokales Hartholz Ana Caspi

AUF EIN WORT Was kann an einem Lineal schon sein? – habe ich mich gefragt, als ich die ersten genaueren Striche auf ein Blatt Papier gebracht habe. Wir hatten ja den Ehrgeiz, nichts Modernes in dieses Projekt einzubringen, sondern nur existierende, lokale Möglichkeiten zu nutzen. Ich hatte natürlich mit Bleistiftskizzen angefangen. Viele Seiten waren es – das grobe Design der Brücke stand. Das Profil des zu überquerenden Tales habe ich mit Schlauchwaage und Peilstab ermittelt und dann am Ende eben doch das Lineal für ein paar „deutschere“ Zeichnungen dazu gezogen. Irgendwann bei einer „Baubesprechung“ vor der Hütte von Horacio fielen mir die vielen fragenden Mienen auf und der immer wiederkehrende Blick zum zukünftigen Standort der Brücke. Ich hatte allen erklärt, dass das, was ich da auf das Papier gemalt hatte, einfach nur dann größer gebaut wird. – Kleiner Strich (Hölzchen) 75 mal aneinander gelegt, macht einen Strich in Wirklichkeit. Das war auch klar, und man konnte es auch schnell ausprobieren. Nur diese eine Sache nicht! Es dauerte eine Weile, bis mir einer meiner peruanischen Kollegen vor Ort die quälende Frage präsentierte: Woher sollen sie ein so langes Lineal für die Wirklichkeit nehmen – für die Striche, die ich mit dem Lineal gezeichnet hatte? Wie sehr doch die Leute versucht haben, wirklich jedes Detail genau zu verinnerlichen! Ganz ehrlich: In dem Moment war mir nicht nach Lachen zu Mute, sondern ich war wirklich beeindruckt von dieser Hingabe an das bevorstehende Projekt. Das Problem war schnell geklärt, ich habe die Striche nochmal per Hand gezogen und unser Geschäftspartner Roland Weber war von diesem Moment an von München aus eines der wichtigsten Bindeglieder, da er alle wichtigen Bauabschnitte in Comicform dargestellt hat. Seit dem gehören gut verständliche Handskizzen selbst bei großen und namhaften Projekten bei uns zum beruflichen Alltag. Wir haben bisher deswegen noch keinen Auftrag verloren. Eigentlich schön auch mal ohne Lineal!

– Gehälter Die Gehälter variieren extrem, je nach örtlichen Lebenshaltungskosten. In Tarapoto z.B. sind 350 € im Monat ein normales Gehalt. – Steuern Die Steuerlast in Peru beträgt zwischen 15 und 20% des BIP – interessante Links http://www.auswaertiges-amt.de/DE/ Aussenpolitik/Laender/Laenderinfos/ 01-Nodes_Uebersichtsseiten/Peru_ node.html und natürlich: http://www.tresunidos.alpintechnik.de/

Puente Machingero


Stellenangebote & Weiterbildung

hohem

Karriere im Bauingenieurwesen

Ernst & Sohn Stellenmarkt · Oktober 2012

auf Fachpersonal

Niveau

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

Stellenangebote

Im Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie der Technischen Universität Darmstadt ist zum Wintersemester 2013/2014 eine

Universitätsprofessur (W3) Werkstoffe im Bauwesen

(Kenn-Nr. 445)

Die Universität Siegen ist mit ca. 17.000 Studierenden, 1.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, davon ca. 1.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine innovative und interdisziplinär ausgerichtete Universität. Sie bietet mit einem breiten Fächerspektrum von den Geistes- und Sozialwissenschaften über die Wirtschaftswissenschaften bis zu den Natur- und Ingenieurwissenschaften ein hervorragendes Lehr- und Forschungsumfeld mit zahlreichen inter- und transdisziplinären Forschungsprojekten. Die Universität Siegen bietet vielfältige Möglichkeiten, Beruf und Familie zu vereinbaren. Sie ist deswegen seit 2006 als familiengerechte Hochschule zertifiziert und bietet einen Dual Career Service an. Im Department Bauingenieurwesen der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Universität Siegen ist zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine

zu besetzen. Die Stelleninhaberin/der Stelleninhaber soll das Fach in Forschung und Lehre mit dem Schwerpunkt „mineralische Werkstoffe” vertreten. Darüber hinaus sollen besondere Kenntnisse in den Bereichen Bauphysik und Bauchemie vorliegen. Möglichkeiten zur experimentellen Forschung sind gegeben. Die Bereitschaft zur aktiven Beteiligung und Mitwirkung am vorhandenen Forschungslabor wird erwartet. Eine mehrjährige, erfolgreiche Tätigkeit außerhalb der Hochschule ist erwünscht. Kooperationsbereitschaft und interdisziplinäres Arbeiten sowohl innerhalb der Forschungsschwerpunkte des Fachbereichs, beispielsweise Energie, als auch mit anderen Fachbereichen, werden erwartet. Vorausgesetzt werden ein abgeschlossenes ingenieurwissenschaftliches Studium an einer Universität, eine weitergehende wissenschaftliche Qualifikation im Regelfall nachgewiesen durch eine qualifizierte Promotion, pädagogische Eignung, fließende Kenntnisse der deutschen Sprache sowie die Bereitschaft zur Mitarbeit in der Selbstverwaltung.

Universitätsprofessur für Massivbau (Bes.-Gr. W 3 BBesO) zu besetzen. Die Professur ist im Forschungsschwerpunkt „Baustoffe und Bauwerke“ des Departments Bauingenieurwesen eingebettet, der sich vor allem der Integration neuer und innovativer Materialien im Bauwesen der Zukunft verpflichtet fühlt und Teil der vielfältigen Forschungsaktivitäten im Bereich Werkstoffe und Materialien an der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät ist. Der konkrete Forschungsschwerpunkt der Professur soll in der Bemessung und Konstruktion von Betontragwerken nach den neuesten Sicherheitskonzepten mit der werkstofflichen Optimierung (Beton, Stahl, Textil sowie umweltverträgliche und ressourcenschonende Baustoffe) liegen. Nachhaltigkeit, Dauerhaftigkeit und Recyclingfähigkeit sind dabei zu berücksichtigen. Vor dem Hintergrund der Komplexität dieser Aufgaben wird eine aktive Vernetzung mit anderen Professuren der Fakultät erwartet.

Die Einstellung erfolgt im außertariflichen Angestelltenverhältnis mit einer qualifikationsabhängigen Vergütung in Anlehnung an die W-Besoldung. Diese wird zwischen Bewerber/in und Hochschulleitung verhandelt. Professorinnen und Professoren, die bereits in einem Beamtenverhältnis stehen, können in einem solchen weiterbeschäftigt werden. Es gelten ferner die Einstellungsvoraussetzungen der §§ 61 und 62 Hessisches Hochschulgesetz.

Die Professur ist am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau (IKIB) im Department Bauingenieurwesen angesiedelt und verantwortet die Lehre in den Bachelor- und Master-Studiengängen vor allem in den Themengebieten „Stahlbetonbau“, „Spannbetonbau“, „Massivbrückenbau“ und „Bauwerkserhaltung“. Es werden daher umfassende Erfahrungen in verschiedenen Bereichen des Massivbaus (z. B. im Hochbau, Industriebau und Brückenbau) bei Entwurf, Berechnung und Ausführung vorausgesetzt.

Die Technische Universität Darmstadt strebt eine Erhöhung des Anteils der Frauen am Personal an und fordert deshalb besonders Frauen auf, sich zu bewerben. Bewerberinnen oder Bewerber mit einem Grad der Behinderung von mindestens 50 oder diesen Gleichgestellte werden bei gleicher Eignung bevorzugt.

Einstellungsvoraussetzungen sind neben den allgemeinen dienstrechtlichen Voraussetzungen ein abgeschlossenes Hochschulstudium, pädagogische Eignung, eine besondere Befähigung zu wissenschaftlicher Arbeit, die durch die Qualität einer hervorragenden Promotion nachgewiesen wird, zusätzliche wissenschaftliche Leistungen, die ausschließlich und umfassend im Berufungsverfahren bewertet werden, sowie Lehrerfahrung und der Nachweis didaktischer Kompetenz. Die zusätzlichen wissenschaftlichen Leistungen werden im Rahmen einer Juniorprofessur, einer Habilitation oder einer Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin bzw. wissenschaftlicher Mitarbeiter an einer Hochschule oder außeruniversitären Forschungseinrichtung oder im Rahmen einer sonstigen wissenschaftlichen Tätigkeit erbracht.

Bewerbungen sind mit den üblichen Unterlagen, insbesondere Lebenslauf, Schriftenverzeichnis, Übersicht über die bisherige Lehrtätigkeit (inklusive Lehrevaluationen) und Darstellung wissenschaftlicher Aktivitäten unter Angabe der Kenn-Nummer zu senden an den Dekan des Fachbereichs Bauingenieurwesen und Geodäsie, Technische Universität Darmstadt, Petersenstraße 13, 64287 Darmstadt. Bewerbungsfrist: 05.01.2013

Die Bereitschaft zur aktiven und konstruktiven Teilnahme in den Selbstverwaltungsgremien der Universität wird erwartet. Die Universität strebt eine Erhöhung des Anteils von Frauen in Forschung und Lehre an. Entsprechend qualifizierte Wissenschaftlerinnen werden um ihre Bewerbung gebeten. Bewerbungen qualifizierter Schwerbehinderter sind erwünscht.

Monatlich das Neueste für Bauingenieure und Architekten per E-Mail

Abonnieren Sie unseren kostenfreien Newsletter. www.ernst-und-sohn.de

Bewerbungen mit den üblichen Unterlagen (Lebenslauf, Zeugniskopien, Schriftenverzeichnis, Forschungskonzept für die zu besetzende Professur und Lehrveranstaltungen) richten Sie bitte bis zum 31.01.2013 an den Dekan der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät, Universität Siegen, 57068 Siegen. Für die interne Bearbeitung wird die zusätzliche elektronische Übermittlung der Unterlagen als PDF-Datei an dekanat@ nt.uni-siegen.de erbeten. Informationen über die Universität Siegen finden Sie auf unserer Homepage www.uni-siegen.de.


Ernst & Sohn Stellenmarkt · Dezember 2012

Neue Ziele setzen. Die Lebensqualität einer Stadt und der öffentliche Nahverkehr gehören eng zusammen. Die Münchner Verkehrsgesellschaft (MVG), eine Tochter der Stadtwerke München GmbH, hat wesentlichen Anteil an der Münchner Lebensqualität. Und bekommt deshalb von den Münchnerinnen und Münchnern immer gute Noten. Mit U-Bahn, Bus und Tram hält die MVG die Millionenstadt und ihre vielen Besucher mobil – und das auf hohem Niveau. Über eine Million Menschen sind täglich in unserem modernen, gut ausgebauten und weit verzweigten Streckennetz unterwegs. Wenn Sie Freude daran haben, den öffentlichen Nahverkehr weiter zu entwickeln und zu optimieren, wenn Sie „mittendrin“ arbeiten wollen, dann steigen Sie ein! Beim Unternehmensbereich Verkehr der SWM.

Bauingenieur (m/w) Bauunterhalt von U-Bahnhöfen und Tunnelanlagen Bautechnik und Bauwerksprüfung / Anlagenmanagement Verkehrsinfrastruktur / Sparte U-Bahn / Ressort Schiene / Unternehmensbereich Verkehr / Stadtwerke München GmbH Ihre Aufgaben: • Definition, Anpassung und Kontrolle der jährlichen Leistungsabrufe im Anlagenmanagement • Abstimmung, Koordinierung und Abwicklung von Umbauund Sanierungsmaßnahmen sowie Großprojekten unter Beachtung des vorgegebenen Budgets • Verantwortliche Erstellung des Forcastprozesses inklusive qualitative Absicherung • Durchführung des Maßnahmencontrollings mit PS-Next und SAP • Koordination des Planungsprozesses im Anlagenmanagement • Wahrnehmung der Bauherren- und Eigentümerfunktion für Planung, Bau und Betrieb • Mitwirkung an der Umsetzung der Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie für U-Bahn-Bauwerke Ihr Profil: • Erfolgreich abgeschlossenes Studium als Bauingenieur (m/w) ggf. mit zusätzlichen Kenntnissen in Betriebswirtschaftslehre und ausgeprägten Controllingkenntnissen • Fundierte Kenntnisse im Unterhalt und in der Instandsetzung von Ingenieurbauwerken sowie bei der Durchführung von Bau- und Sanierungsmaßnahmen • Versierte Kenntnisse im Aufbau und in der Dokumentation von Arbeitsprozessen und Verfahrensabläufen • Erfahrungen in der Anwendung der Projektmanagementmethoden als Projektleiter • Kenntnisse der einschlägigen Verordnungen, Vorschriften und Normen (z. B. BOStrab, VOB, UVV, ZTV-ING, Rili-SIB) • Versierte Anwendung aller gängigen MS Office-Programme sowie SAP-Kenntnisse • Teamfähigkeit, sehr gute mündliche und schriftliche Ausdrucksfähigkeit, analytisches Denkvermögen, Verhandlungsgeschick sowie Entscheidungsfähigkeit

Für Ihren Einstieg bei den SWM sprechen handfeste Argumente. Es erwarten Sie spannende Projekte und verantwortungsvolle Aufgaben in einem team- wie erfolgsorientierten kollegialen Umfeld. Ihre fachliche und persönliche Weiterentwicklung wird im Rahmen jährlicher Zielvereinbarungsgespräche individuell auf Sie abgestimmt. Flexible Arbeitszeitmodelle, modernes Gesundheitsmanagement und Kinderbetreuungsplätze gehören bei den SWM zum Standard. Durch die Initiative „berufundfamilie“ wurden die SWM als familienfreundliches Unternehmen 2008 zertifiziert. Sprechen Sie mit uns, wie wir Ihre neue berufliche Herausforderung mit Ihren persönlichen Zielen in Einklang bringen können. Bewerben Sie sich bitte unter der Referenznummer P-BS18012. Bewerbungen per E-Mail sind nur möglich, wenn die Dokumente in einer einzigen pdf-Datei mit max. 3 MB zusammengefasst sind. Weitere Informationen erhalten Sie von Frau Marina Palavra, Personalmanagerin, unter Tel.: 089/23 61-51 92. Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung.

Stadtwerke München Service-Center Personal | Bewerbermanagement Emmy-Noether-Straße 2 | 80992 München E-Mail: Bewerbungen_VB@swm.de www.swm.de/karriere www.mvg-mobil.de

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualifiziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238


Ernst & Sohn Stellenmarkt ¡ Dezember 2012

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INGENIEUR (M/W) FĂ&#x153;R STAHLTRAGWERKE FĂ&#x153;R DIE RWE POWER AG AM STANDORT FRECHEN Im Technikzentrum Tagebaue/HW der Sparte Tagebaue kĂśnnen Sie Ihre PatentlĂśsungen einbringen: fĂźr die Instandhaltung von Anlagenkomponenten und fĂźr die ingenieurmäĂ&#x;ige Betreuung der Braunkohlentagebaubetriebe. HierfĂźr haben Sie ein Studium der Fachrichtung Bauingenieurwesen oder Maschinenbau mit der Vertiefung Stahlbau abgeschlossen und besitzen sehr gute Kenntnisse zur Berechnung/Bemessung dynamisch belasteter Stahltragwerke. Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung bevorzugt online unter Angabe des Codes PCZ-MT12001-E001D. Bewerbungen von schwerbehinderten Menschen sind erwĂźnscht. RWE Power AG â&#x20AC;˘ Dr. BjĂśrn Krämer â&#x20AC;˘ Auenheimer Str. 27 â&#x20AC;˘ 50129 Bergheim â&#x20AC;˘ Tel. +49 2271 751-68400 FĂźr Ihre Online-Bewerbung und mehr Informationen besuchen Sie uns auf:

VORWEG-GEHER-GESUCHT.DE

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualiďŹ ziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238


Ernst & Sohn Stellenmarkt · Dezember 2012

Im Holzbau ist fast nichts unmöglich. Dafür sorgen u. a. Holzbau-Profis wie Handwerker, Architekten, Ingenieure und eben Bauphysiker. Für unser Büro für Bauphysik suchen wir per sofort oder nach Vereinbarung einen

Bauphysiker (m/w) als Projektleiter Schallschutz der den Baustoff Holz zu einem seiner Themen macht, alle baurelevanten Fragen vertieft analysiert und Antworten findet. Sie sind der Analytiker und vernetzte Denker, der als Macher und Ansprechpartner sehr bodenständig und projektbezogen in Planungs- und Bauphasen präsent ist, der sich in innovative Konstruktionen eindenken und rasch praktikable Lösungen entwickeln kann. Sie werden zum gefragten Problemlöser für Profis – mit der Aufgabe und Möglichkeit, einen ganzen Geschäfts- und Dienstleistungsbereich (inkl. Analysen und Expertisen) in enger Zusammenarbeit mit erfahrenen HolzbauIngenieuren aufzubauen. Sie sind Ingenieur, Architekt oder Bauphysiker, der sich bereits in einem oder mehreren Fachthemen der Bauphysik bestens auskennt und der sich in Zukunft auf Dienstleistungen rund um den Schall- und Lärmschutz bei innovativen Holzbauprojekten fokussieren möchte. Sie sind in der Lage, sehr projekt- und auftragsbezogen und interdisziplinär zu arbeiten. Dieses Talent gepaart mit unternehmerischem Geist ermöglicht es Ihnen, diesen Geschäfts- und Dienstleistungsbereich in unserem erfolgreichen Betrieb weiter auszubauen. Sie werden gefordert sein – und haben eine ganze Menge Möglichkeiten.

Das Unternehmen Wir sind ein erfolgreiches und auch in Zukunft weiter expandierendes Unternehmen im Stahlhochbau und Stahlbrückenbau mit über 70 Mitarbeitern. Die STS Stahltechnik ist sowohl bei öffentlichen Auftraggebern als auch bei privaten Großkunden (z. B. DB AG) präqualifiziert und hat sich als Gewinner des deutschen Stahlbaupreises zukunftsweisend im Markt positioniert. Die Firma STS Stahltechnik GmbH ist eingebunden in die Dr. Baumann Unternehmensgruppe mit mehr als 450 Mitarbeitern an acht Produktionsstandorten im nordbayerischen Raum. Für unseren Betrieb in Regensburg suchen wir ab sofort einen:

Geschäftsführer (m/w) Ihre Aufgabenschwerpunkte – Koordination und Kalkulation von Angeboten für Großprojekte – Betriebsübergreifendes Projektmanagement – Koordination der Werkplanung, Fertigung und Montage – Strategische Weiterentwicklung der Unternehmensziele und Vertriebsstruktur – Ausbau der Vertriebsaktivitäten sowie Pflege der bestehenden Kundenbeziehungen Ihr Profil – Erfolgreich abgeschlossenes Studium zum Stahlbauingenieur/ Bauingenieur oder Betriebswirt – Einschlägige Berufserfahrung in der Stahlbaubranche – Führungserfahrung und Durchsetzungsvermögen – Ausgeprägtes unternehmerisches Denken Die Stelle ist auch geeignet für eine Persönlichkeit, die bisher in der zweiten Führungsebene gearbeitet hat und sich weiterentwickeln möchte.

Interessiert? Wir sind gespannt auf Ihre Bewerbungsunterlagen. Kontaktperson: Pirmin Jung PIRMIN JUNG Büro für Bauphysik AG Grossweid 4, CH-6026 Rain LU Tel. 041 459 70 40, fwey@pirminjung.ch www.buerofuerbauphysik.ch

Der Kontakt STS Stahltechnik GmbH · Paul Wagner, Wiener Straße 19 · 93055 Regensburg paul.wagner@sts-stahltechnik.de · www.sts-stahltechnik.de

Weiterbildung

TAE

Technische Akademie Esslingen Ihr Partner für Weiterbildung Erhaltung von Bauwerken 22. und 23. Januar 2013

Leitung: Dr.-Ing. M. Raupach

880,00 EUR

Nr. 50009.00.003

Sachkundiger Planer für Schützen, Instandsetzen u. Verstärken von Stahlbeton 4. bis 6. März u. 15. bis 17. April 2013

Leitung: Dipl.-Ing. Freier Architekt M. Schröder

1.950,00 EUR

Nr. 60056.00.001

Der elektronische Spiegel – ein kostengünstiges Verfahren für die Kanalinspektion 6. März 2013

Referent: Dipl.Ing. K.-P. Bölke

590,00 EUR

Nr. 34283.00.001

980,00 EUR

Nr. 33748.00.005

590,00 EUR

Nr. 34294.00.001

Korrosionsschutz nach DIN EN ISO 12944 14. und 15. März 2013

Leitung: Prof. Dr.-Ing. R. P. Gieler

Prävention im Bauwesen 15. April 2013

Leitung: Prof. Dr. sc. techn. A. Gerdes

Ihr Ansprechpartner: Dr.Ing. Rüdiger Keuper Telefon +49 711 34008-18; Telefax +49 711 34008-65 ruediger.keuper@tae.de

www.tae.de

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Seminare und Symposien der Technischen Akademie Wuppertal e. V. Sympo

sium

22.-23.1.2013

Konzepte zur effizienten Energienutzung

6.2.2013

Vermeidbare Baumängel − Teil I Leistungsumfang

Wuppertal

7.2.2013

Vermeidbare Baumängel − Teil II Bauablauf

Wuppertal

18.-19.2.2013

Systematische Schadenfeststellung und Sanierung von Abwasserkanälen Wuppertal

19.2.2013

Nachtragsforderungen im Bauwesen − Teil I Leistungsumfang

Wuppertal

20.2.2013

Nachtragsforderungen im Bauwesen − Teil II Bauablauf

Wuppertal

20.-21.2.2013

Beläge, Abdichtungen, Korrosionsschutz von Brückenbauwerken und Parkhäusern

Bochum

25.-26.2.2013 27.-28.2.2013

sium Sympo

Altdof b. Nürnberg

Schutz und Instandsetzung von Stahlbeton Planung und Ausführung hochwertig genutzter „Weißer Wannen“ sium Sympo

5.-6.3.2013

Aktuelle Entwicklungen im Asphaltstraßenbau

7.3.2013

Sanierung von Flachdächern und Bauwerksabdichtungen

12.3.2013

Bochum

Bochum

Bochum Altdorf b. Nürnberg

sium Sympo

Fugenabdichtung im Ingenieurbau

sium Sympo

Bochum

Mehr über unsere Veranstaltungen finden Sie unter: www.taw.de Sie können sich aber auch direkt an uns wenden. Wir freuen uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail. Ihr Ansprechpartner für Seminare: Dr.-Ing. Stefan Mähler Ihr Ansprechpartner für Symposien: Dipl. rer. soc. Bernhard Stark 0 202 74 95 - 207 stefan.maehler@taw.de 0 234 89 03 53 - 409 bernhard.stark@taw.de 



WEITER DURCH BILDUNG

TAW -Weiterbildungszentren finden Sie in: Wuppertal Altdorf b. Nürnberg Berlin Bochum Cottbus Wildau b. Berlin Technische Akademie Wuppertal Hubertusallee 18 42117 Wuppertal 













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Beläge, Abdichtungen und Korrosionsschutz von Brückenbauwerken und Parkhäusern Leitung und Moderation Dipl.-Ing. Manfred Eilers Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Bergisch Gladbach Termin 20. - 21. Februar 2013 Ort TAW − Tagungszentrum Bochum Innovationspark Springorum 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:

Dipl. rer. soc. Bernhard Stark 0 234 89 03 53 - 409



bernhard.stark@taw.de

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Analog

Informationen unter: www.er nst-und-sohn.de

Digital

Bestellen online unter www.er nst-und-sohn.de Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

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Kundenservice: Wiley-VCH Boschstraße 12 D-69469 Weinheim

Tel. +49 (0)6201 606-400 Fax +49 (0)6201 606-184 service@wiley-vch.de

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„Wie die Zeit vergeht.“


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.

Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30 / 47031-273, Fax: +49 (0)30 / 47031-229 btalebitar@wiley.com

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 – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten. 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.

Gesamtanzeigenleitung Fred Doischer

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.: +43 (1)47654-5253, Fax: +43 (1)47654-5292 bust@iki.boku.ac.at Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach TU Dresden, Institut für Massivbau D-01062 Dresden Tel.: +49 (0)351/46337660, Fax: +49 (0)351/46337289 manfred.curbach@tu-dresden.de Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Oliver Fischer TU München, Lehrstuhl für Massivbau D-80290 München Tel.: +49 (0)89/28923038, Fax: +49 (0)89/28923046 oliver.fischer@tum.de Dr.-Ing. Lars Meyer Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. Postfach 110512 Kurfürstenstraße 129, D-10835 Berlin Tel.: +49 (0)30/236096-0, Fax: +49 (0)30/236096-23 meyer@betonverein.de Dr.-Ing. Karl Morgen WTM ENGINEERS GmbH Beratende Ingenieure im Bauwesen Ballindamm 17, D-20095 Hamburg Tel.: +49 (0)40/35009-0, Fax: +49 (0)40/35009-100 info@wtm-hh.de Verlag Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co.KG Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 / 47031-200, Fax +49 (0)30 / 47031-270 info@ernst-und-sohn.de www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRA33115B Persönlich haftender Gesellschafter: Wiley Fachverlag GmbH, Weinheim Amtsgericht Mannheim HRB 432736 Geschäftsführer: Karin Lang, Bijan Ghawami Steuernummer: 47013 / 01644 Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225

Anzeigenleitung Annekatrin Gottschalk Tel.: +49 (0)30/47031-249, Fax: +49 (0)30/47031-230 annekatrin.gottschalk@wiley.com Verkauf von Sonderdrucken Janette Seifert Tel.: +49 (0)30 / 47031-292, Fax: +49 (0)30 / 47031-230, janette.seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke Kunden-/Leserservice Wiley-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstr. 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)8001800536 (innerhalb Deutschlands) +44(0)1865476721 (außerhalb Deutschlands) Fax: +49(0)6201606184 Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Einzelheft-Verkauf: CS-Germany@wiley.com Aktuelle Bezugspreise Die Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau“ erscheint mit 12 Ausgaben pro Jahr. Neben „Betonund Stahlbetonbau print“ steht „Beton- und Stahlbetonbau online“ im PDF-Format über den Online-Dienst WileyOnlineLibrary im Abonnement zur Verfügung. Bezugspreise

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Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilagen: Bildungszentren des Baugewerbes e.V., 47809 Krefeld; Haus der Technik e.V., 45127 Essen; TAE Esslingen GmbH, 73760 Ostfildern; Technische Akademie Wuppertal e.V., 42117 Wuppertal; Verlag Ernst & Sohn, 10245 Berlin

Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Heft 12


Vorschau 1/2013 Zum Bild Ein Beitrag zeigt die experimentelle Umsetzung von Symmetrielagerungen mit dem Ziel, Symmetrien von Stahlbetonbalken oder -platten in Last und Bauteilgeometrie auch im Experiment zur Systemreduktion zu nutzen. Hier zu sehen der experimentelle Versuchsstand der Durchstanzversuche mit Viertelsplatte im Schema.

M. Heimann, H. Schmidt, N. L. Tran, C.-A. Graubner Zuverlässigkeit hochbeanspruchter Druckglieder aus UHPC Da das Tragverhalten eines Bauteiles über seinen Lebenszyklus mit Unsicherheiten behaftet ist, stellte sich die Frage, bis zu welchen Anwendungsgrenzen schlanke UHPC-Druckglieder die Anforderungen an die erforderliche Tragwerkszuverlässigkeit noch erfüllen. Der Beitrag zeigt wesentliche Ergebnisse der Zuverlässigkeitsanalysen schlanker Stützen aus UHPC. W. Schmidt, H. J. H. Brouwers, H.-C. Kühne, B. Meng Optimierung der Robustheit von selbstverdichtendem Beton gegenüber Temperatureinflüssen Selbstverdichtender Beton verhält sich unter Temperatureinfluss anders als Normalbeton. Anhand rheometrischer Betonversuche an SVB mit variierter anionischer Ladungsdichte im Fließmittel wird verdeutlicht, dass mehlkornreiche SVB bei niedrigen Temperaturen sehr robust sind, während bei hohen Temperaturen mehlkornärmere Entwürfe zu bevorzugen sind.

T. Büttner, M. Raupach Dauerhaftigkeit polymergetränkter AR-Glas Bewehrungen in Beton – Materialauswahl und Lebensdauerprognose Bei im Textilbetonbau zum Einsatz kommenden Bewehrungen aus ARGläsern kann ein nennenswerter Festigkeitsverlust infolge der Alkalität des Betons innerhalb der üblichen Lebensdauer eines Bauwerks festgestellt werden. Es werden mögliche Tränkungsmaterialien sowie die Auswirkungen dieser auf die Dauerhaftigkeit vorgestellt. F. Teworte, J. Hegger Querkraftermüdung von Spannbetonträgern ohne Querkraftbewehrung Es wird der Querkraftnachweis nach dem Hauptzugspannungskriterium für zyklische Beanspruchung erweitert. Der Beitrag beschreibt Ermüdungsversuche an Trägern ohne Querkraftbewehrung. Anhand der ertragenen Lastspiele wurden modifizierte Hauptzugspannungskriterien in Form von Goodman-Diagrammen zur Ermittlung der Querkrafttragfähigkeit unter zyklischer Beanspruchung entwickelt. K. Winkler, P. Mark Experimentelle Umsetzung von Symmetrielagerungen Grundidee des Beitrags ist es, Symmetrien von Stahlbetonbalken oder -platten in Last und Bauteilgeometrie im Experiment zur Systemreduktion zu nutzen. Der Beitrag zeigt Entwicklung, Umsetzung und Verifikation der Symmetrielagerungen. Vergleichsuntersuchungen zeigen nahezu übereinstimmende Ergebnisse. Änderungen vorbehalten

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Beton- und Stahlbetonbau 12/2012