Forschungsprojekt "FreD"
Freischneidetechnik zur experimentellen Dehnungsermittlung an Mauerwerk zur Bausubstanzerhaltung und Ressourcenschonung (FreD)Deutsche Bahn AG (DB AG), Frankfurt a.M.
Hochschule Bremen Projektpartner Hochschule Bremen - federführend
DB AG, Technik/Beschaffung, TBM 1, Frankfurt a. M.
innoWI GmbH, Bremen
MPA Bremen
Landesdenkmalamt, Bremen Laufzeit 01.10.2006 bis 30.06.2008 Kurztext Historische Mauerwerksbauwerke haben aufgrund unterschiedlicher Einwirkungen (z.B. aus Eigengewicht oder Baugrundsetzungen) einen unbekannten Dehnungs-zustand. Dieser muss wegen vielfältiger Unsicherheiten sehr konservativ abgeschätzt werden. Der verfügbare Nutzlastanteil wird entsprechend stark reduziert wodurch ein rechnerischer Nachweis für angestrebte Verkehrs-lasten oft nicht gelingt. Durch eine experimentell gestützte In-Situ-Ermittlung des "eingefrorenen" Dehnungszustands und der aktuellen Festigkeit kann die zulässige Nutzlast erheblich gesteigert und manches Bauwerk vor dem (unnötigen) Abriss bewahrt werden.
Um bei bestehenden Bauwerken die Tragsicherheit bestimmen zu können, besteht die Möglichkeit, mit Belastungstechnik (wie z.B. BELFA oder BELFA-DB) selbstsichernd Last aufzubringen und die Bauwerksreaktionen online zu messen und zu analysieren. Um dabei eine irreversible Schädigung des Bauwerks auszuschließen, dürfen Grenzkriterien wie z.B. eine maximal zulässige Stauchung εlim nicht überschritten werden. Zur Quantifizierung dieser Grenze müssen alle Dehnungs-, bzw. Spannungsanteile bekannt sein:
| εlim ≥ εo + εexp | mit |
| εlim Grenzstauchung = maximal zulässige Stauchung | |
| εo Eingetragene Stauchung aus Eigenlast (bisher abgeschätzt) | |
| εexp Stauchung aus Versuchslasten(inkl.Sicherheitsanteilen - messbar!) |
Es werden dabei bewusst Stauchungen und nicht Spannungen verwendet, da sich diese direkt messtechnisch erfassen und im Falle einer begleitenden Berechnung ebenso vergleichen lassen, sofern der E-Modul zur Einführung in ein Rechenmodell gleichfalls zuverlässig bestimmt werden kann.
Bei Kenntnis der Bruchstauchung εu ist gleichzeitig die Bruchsicherheit γu bekannt:
Bei Kenntnis der Bruchstauchung εu ist gleichzeitig die Bruchsicherheit γu bekannt:
| γu = εu / (εo + εexp) | mit |
| εu Bruchstauchung |
Bei massiven Bauwerken (z.B. Gewölbebrücken) macht der unbekannte Eigengewichtsanteil in der Regel bis zu 70% der Gesamtbeanspruchung aus. Der Anteil der eingetragenen Dehnung εo wird für Nachrechnungen üblicherweise mit erheblichen Sicherheitsfaktoren abgeschätzt und geht somit bei gleicher Tragfähigkeit für die Nutzlast verloren. Gelingt es also, den Eigendehnungszustand εo zuverlässig zu bestimmen, kann dieser nicht nur zur genaueren Quantifizierung von Grenzkriterien bei Belastungsversuchen verwendet werden, sondern auch direkt in rechnerische Nachweise eingeführt werden. Die damit verminderte Unsicherheit "Beanspruchung aus Eigenlast" kann direkt zur Erhöhung der zulässigen Nutzlast verwendet werden.
Werden durch zerstörungsarme, bzw. –freie Methoden zusätzlich Informationen über die Bruchstauchung ε u gewonnen, können die verminderten Materialunsicherheiten in gleicher Weise zur Steigerung der Verkehrslasten beitragen (Bild), die konservativ auf ca. 30-50% prognostiziert wird. Gestützt wird diese Einschätzung durch die herausragenden Ergebnisse von Belastungsversuchen in situ, die mehrfach an anderer Stelle beschrieben worden sind.
Werden durch zerstörungsarme, bzw. –freie Methoden zusätzlich Informationen über die Bruchstauchung ε u gewonnen, können die verminderten Materialunsicherheiten in gleicher Weise zur Steigerung der Verkehrslasten beitragen (Bild), die konservativ auf ca. 30-50% prognostiziert wird. Gestützt wird diese Einschätzung durch die herausragenden Ergebnisse von Belastungsversuchen in situ, die mehrfach an anderer Stelle beschrieben worden sind.
Um das beschriebene Potential ausschöpfen zu können, wird eine zerstörungsfreie, bzw. -arme Methode entwickelt und erprobt, die im Wesentlichen die folgenden Bedingungen erfüllt:
- Bestimmung des existierenden Dehnungsanteils aus Eigengewicht εo
- Messung von Druck- und Zugdehnungen am Bauwerk in situ, z.B. aus Verkehrslasten
- Verbesserung der Aussagekraft durch integrale Messung über einen definierten Mauerwerksbereich (Steine inkl. Fugen)
- Bestimmung eines integralen mittleren E-Moduls Em
- Bestimmung der Bruchstauchung εu zur Bestimmung der Tragsicherheit
- Wirtschaftliche, schnelle und baustellengerechte Handhabung der Geräte