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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik3/2020220Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 3/2020Beton- und Stahlbetonbau3/2020Titelbild

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Zum Titelbild:
Die 1950 in Ulm über die Donau errichtete Gänstorbrücke ist eine der ältesten Spannbetonbrücken in Deutschland. Sie besteht aus einem gelenklosen Rahmen mit 82,40 m Spannweite und 15 m Höhe ab Unterkante Fundament bis Oberkante Fahrbahn. In der Längsachse ist die 18,60 m breite Brücke durch eine Fuge in zwei gleiche Hälften geteilt. Der Überbauquerschnitt jedes Teilbauwerks besteht aus einem zweistegigen Plattenbalken und wurde in Längs- und Querrichtung beschränkt vorgespannt. Im Jahr 2018 wurden bei umfangreichen Bauwerksuntersuchungen erhebliche standsicherheitsrelevante Korrosionsschäden an Spanngliedern vorgefunden. Da eine vollumfängliche Zustandsprüfung nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist und nicht ausgeschlossen werden kann, dass sich der Bauwerkszustand bis zur Realisierung eines Ersatzneubaus weiter verschlechtert, wurde ein Monitoringsystem installiert, zu dessen Kalibrierung eine Probebelastung durchgeführt wurde. Die Vorgehensweise bei den Untersuchungen, die Konzeptionierung der Probebelastung und des Monitoringsystems sowie wesentliche Ergebnisse werden im ersten Fachbeitrag auf den Seiten 164-178 vorgestellt. (Foto: Daniel Schratt, Ingenieurbüro Schiessl Gehlen Sodeikat GmbH)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 3/2020Beton- und Stahlbetonbau3/2020Inhalt

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Pauser, MichaelAutokauf versus BIM-ProjektBeton- und Stahlbetonbau3/2020163Editorials

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Müller, Andreas; Sodeikat, Christian; Schänzlin, Jörg; Knab, Franz; Albrecht, Lukas; Groschup, Robin; Obermeier, PhilippDie Gänstorbrücke in Ulm - Untersuchung, Probebelastung und BrückenmonitoringBeton- und Stahlbetonbau3/2020164-178Aufsätze

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Bei der 1950 in Ulm über die Donau errichteten Gänstorbrücke handelt es sich um eine der ältesten Spannbetonbrücken in Deutschland. Bereits bei Untersuchungen in den 1980er Jahren zeigte sich, dass Spanngliedhüllrohre unvollständig verpresst wurden, der Spannstahl Korrosionserscheinungen aufweist und lokal Chlorideintragungen in den Beton stattgefunden haben. Im Jahr 2018 wurden bei umfangreichen Bauwerksuntersuchungen erhebliche standsicherheitsrelevante Korrosionsschäden an Spanngliedern vorgefunden. Da eine vollumfängliche Zustandsprüfung aufgrund der großen Anzahl an Spanngliedern nicht mit vertretbarem Aufwand möglich ist und nicht ausgeschlossen werden kann, dass sich der Bauwerkszustand bis zur Realisierung eines Ersatzneubaus weiter verschlechtert, wurde ein Monitoringsystem installiert. Zur Kalibrierung des Messsystems und zur Festlegung von Warn- und Alarmwerten wurde eine Probebelastung mit definierten Verkehrslasten durchgeführt. Die Vorgehensweise bei den Untersuchungen, die Konzeptionierung der Probebelastung und des Monitoringsystems sowie wesentliche Ergebnisse werden im Rahmen des vorliegenden Beitrags vorgestellt.

The Gänstor Bridge in Ulm - Inspection, structural reanalysis, load test and bridge monitoring
The Gänstor Bridge across the Danube in Ulm, built in 1950, is one of the oldest post-tensioned concrete bridges in Germany. Already in the 1980s profound inspections of the bridge have shown that tendon ducts are grouted incompletely, tendons show signs of corrosion and concrete is locally loaded with chlorides. During extensive inspections of the structure in 2018 significant and systematic corrosion damages on tendons have been detected reducing the structural safety of the bridge. Since a complete check of all tendons is not possible with reasonable effort and a deterioration of the structural condition cannot be excluded until the bridge is replaced, a bridge monitoring system was installed. For the calibration of the measurement systems and the definition of limits for warning or alarm a load test with defined traffic loads was performed. This article presents the procedure of the evaluations, the concept of the test loading and the monitoring system as well as essential findings.

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Ralbovsky, Marian; Vorwagner, Alois; Kleiser, Michael; Kozakow, Thomas; Geier, RomanVerkehrsschwingungen bei Betonierarbeiten auf bestehenden Straßenbrücken - Schwingungsprognosen zur Bewertung von Bauzuständen im Zuge der neu errichteten Autobahnbrücke A 23 - Hochstraße InzersdorfBeton- und Stahlbetonbau3/2020179-187Aufsätze

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Bauarbeiten an bestehenden Brücken müssen oft bei aufrechterhaltenem Verkehr stattfinden. Bei Brückenverbreiterungen oder dem Schließen von Arbeitsfugen ist der erhärtende Beton verkehrsinduzierten Schwingungen ausgesetzt, welche das Gefüge nachhaltig schädigen können. Dabei ist die Amplitude der auftretenden Schwingschnelle ein maßgeblicher Parameter. Im konkreten Fall werden Einflüsse auf die Größe der verkehrsinduzierten Schwingungen eines Plattentragwerks im Zuge von Bauarbeiten an der Autobahn A 23 der Hochstraße Inzersdorf in Wien untersucht, welches unter Verkehr in mehreren Bauphasen neu errichtet wurde. Mittels dynamischer Zeitverlaufsüberfahrtsberechnungen wurden durch Variation der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrzeugmasse und des Straßenprofils jene Parameter identifiziert, die den größten Einfluss auf die Brückenschwingungen ausüben. Dabei wurden für FEM-Simulationen reale gemessene Straßenprofildaten verwendet, die durch ein hochauflösendes Laserscanning der maßgebenden Fahrspuren erhoben wurden. Die dynamischen Tragwerkseigenschaften wurden durch Schwingungsmessung verifiziert. Während die Durchbiegungen und Dehnungen des Tragwerks vor allem durch die Fahrzeugmasse beeinflusst werden, sind die Schwinggeschwindigkeiten in erster Linie durch das Straßenprofil bestimmt. Die prognostizierten Schwinggeschwindigkeiten wurden mit einem der Literatur entnommenen Grenzwert verglichen, bei dessen Einhaltung es zu keiner Beeinträchtigung des jungen Betons kommen sollte. Die Ergebnisse dienten als Entscheidungsbasis für die Wahl der geeigneten Maßnahmen während der kritischen Erhärtungsphase des Betons in der Anschlussfuge.

Traffic vibrations during concreting work on existing road bridges - Vibration prognosis for the assessment of construction stages in course of the newly constructed highway bridge A 23 - Hochstraße Inzersdorf
The construction works on existing bridges must often take place without traffic interruptions. During bridge-widening works or closing of construction joints, the hardening concrete is exposed to traffic-induced vibrations. This can damage the material permanently, depending on the amplitude of vibration velocity. This study investigates factors that influence amplitude of traffic-induced vibrations of a slab bridge on the A 23 motorway in Vienna, which was rebuilt in several construction phases. Transient dynamic simulations were used to analyze the influence of the driving speed, vehicle mass and road evenness. Measured road profile data, which were collected by high-resolution laser scanning of the road surface, were used in FEM simulations. Bridge resonance properties were verified by vibration measurements. While bridge deflections and strains are mainly influenced by vehicle mass, the vibration velocities are primarily determined by the road profile. The predicted vibration velocities were compared to a limit value taken from the literature, the observance of which should not lead to any impairment of the young concrete. The results served as a decision basis for the selection of suitable measures during the critical hardening phase of the concrete in the connection joint.

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Schulz, Rolf-Rainer; Kahmer, HerbertKonsequenzen aus den Anforderungen der WU-Richtlinie für Elementwände - Herstellung und Nachweis der Rauheit an den Innenoberflächen der FertigteilschalenBeton- und Stahlbetonbau3/2020188-197Aufsätze

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Die neue DAfStb-Richtlinie für Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie) fordert für Betonfertigteile mit Ortbetonergänzung eine vollflächige kornraue Oberfläche und den Nachweis einer mittleren Rautiefe von nunmehr 1,5 mm statt bisher 0,9 mm. Dies gilt demnach auch für den Bereich der Gitterträger, was sowohl herstellungstechnisch als auch messtechnisch eine besondere Herausforderung darstellt. Bei Elementwänden muss im Rahmen der Erstprüfung sogar an den Innenoberflächen beider Fertigteilschalen geprüft werden. In der laufenden Produktion und auf der Baustelle genügen normalerweise eine Sichtprüfung und der Vergleich mit einer Referenzplatte. In Zweifelsfällen ist jedoch mit dem Sandflächenverfahren oder mit lasergebundenen Verfahren zu prüfen. Die Richtlinie lässt allerdings offen, wie dies in der Praxis umzusetzen ist. Deshalb ist es das Ziel dieses Beitrags, Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Consequences from the directives of the German WU-Guideline for precast twin walls - Manufacturing and proving roughness on the inner surfaces of the precast shells
The new German guideline for waterproof constructions requires that precast twin walls with cast in place concrete completion must have an entirely rough surface with gravelled texture and also an average roughness depth of 1.5 mm in contrast to the former target of 0.9 mm. These requirements apply to the space within the steel lattice girders, too, which is quite a challenge for casting and proving. Initial tests have to be performed even on the inner surfaces of both shells. During current production and also on site visual examination and comparison with a reference slab will be sufficient. But in case of doubt sand patch tests or laser measurements have to be performed. Unfortunately the guideline does not answer the question how this could be realized in practice. Therefore the intention of this paper is to present solutions for this purpose.

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Welsch, Torsten; Mucha, Rainer; Schnellenbach-Held, Martina; Held, MarkusExperimentelle Untersuchungen zum Durchstanztragverhalten lochrandgestützter Platten mit kleiner LasteinleitungsflächeBeton- und Stahlbetonbau3/2020198-208Aufsätze

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Bei der Errichtung von Hochbauten werden schon seit einigen Jahren bevorzugt Stahlbetonflachdecken eingesetzt, die aufgrund ihrer punktförmigen Stützung eine flexible Grundrissgestaltung mit leichten Trennwänden ermöglichen. Bei sehr schlanken Druckgliedern wie Stützen aus hochfestem Beton, Schleuderbetonstützen oder Verbundstützen für die punktförmigen Auflager der Flachdecken ergibt sich die technische Herausforderung der vertikalen Lastdurchleitung durch die in der Regel aus normalfestem Beton hergestellten Flachdecken. Hierfür wurden Konstruktionselemente in Form von hochfesten Kernen entwickelt, die den Deckenknoten durchdringen und somit einen direkten vertikalen Kraftschluss zwischen den am Knoten angreifenden Stützen ermöglichen. In diesem Fall verbleibt für die Lasteinleitung aus der Decke in die untere Stütze nur eine im Querschnitt deutlich reduzierte, ringförmige Lasteinleitungsfläche. Im Vorfeld durchgeführte Finite-Elemente-Simulationen zum Durchstanztragverhalten solcher lochrandgestützter Platten mit kleiner ringförmiger Lasteinleitungsfläche lassen den Schluss zu, dass sich je nach Größe der Lasteinleitungsfläche und der Art der konstruktiven Ausbildung Effekte auf das Bruchverhalten und die Versagenslasten ergeben. Nachfolgend wird über die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen dieser besonderen Durchstanzproblematik und der begleitend durchgeführten Finite-Elemente-Simulationen berichtet.

Experimental Investigations on the Punching Shear Behavior of Hole Edge Supported Slabs with a Small Load Application Area
Due to their benefits regarding freedom of flexible floorplan design, flat slabs have established as an important part of building construction. In case of use of very slender construction members with a high load carrying capacity, such as columns of high strength concrete, spun concrete or composite columns, the problem of the vertical load transmission through the normal strength slab arises. Special construction members have been developed with high-strength cores penetrating the slab in order to enable a direct vertical force closure between the columns. In this case only a reduced load application area with a ring-shape remains for the load introduction from the slab into the column. Preliminary investigations based on finite element simulations revealed that this has an influence on the punching shear behavior and the failure loads of flat slabs, depending on the size of the reduced load application area and the kind of the core design. Subsequently the results of the first experimental investigations on that special kind of punching problem and the accompanying finite element simulations are presented.

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Bauen mit Fertigteilen: So sieht die Zukunft in Europa ausBeton- und Stahlbetonbau3/2020208Nachrichten

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Häußler-Combe, Ulrich; Weselek, JörgErmittlung von Teilsicherheitsbeiwerten bei CarbonbetonBeton- und Stahlbetonbau3/2020209-217Aufsätze

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Die Bemessung von Tragwerken erfolgt nach dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept mit der Trennung von Einwirkungs- und Widerstandsseite. Dabei werden die Teilsicherheitsbeiwerte für Beton und Betonstahl im Wesentlichen aufgrund umfangreicher Erfahrungswerte festgelegt. Somit wird auch ein allgemein akzeptiertes rechnerisches Zuverlässigkeitsniveau erreicht. Entsprechende Erfahrungswerte liegen für neue Bauarten wie dem Carbonbeton nicht vor. Damit ergibt sich für die Festlegung eines Teilsicherheitsbeiwerts ein Zielkonflikt. Einerseits darf er nicht zu gering sein, damit das erforderliche Zuverlässigkeitsniveau erreicht wird, andererseits aber auch nicht zu hoch, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Der Beitrag entwickelt einen methodisch schlüssigen Ansatz zur Ermittlung von Teilsicherheitsbeiwerten für Bauarten, für die nur geringe Erfahrungswerte hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit vorliegen. Vorausgesetzt wird die Kenntnis der statistischen Eigenschaften der Widerstandsseite des zugrunde liegenden Bemessungsmodells. Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten wird der semiprobabilistische Widerstandswert in Bezug zum probabilistischen Wert nach der First Order Reliability Method (FORM) gesetzt. Als Maßzahl des Zuverlässigkeitsniveaus wird daraus die sog. Zuverlässigkeitsreserve abgeleitet. Die Zuverlässigkeitsreserven der bewährten Stahlbetonbauweise werden schließlich als Bezugswert für den Teilsicherheitsbeiwert der Carbonbewehrung verwendet. Der Ansatz wird am Beispiel der Biegebemessung mit reiner Carbonbewehrung und gemischter Bewehrung veranschaulicht, ist aber grundsätzlich auch auf andere Bemessungssituationen anwendbar.

Partial factors for carbon concrete
The design of structures is based on the semiprobabilistic safety concept with the separation of action and resistance sides. The determination of partial safety factors for concrete and reinforcing steel is mainly based on extensive experience. Thus, a generally accepted safety level is achieved. Corresponding experience is not available for new construction types such as carbon concrete. This results in a goal conflict for the determination of a partial safety factor. On the one hand, it must not be too low to achieve the required safety level, on the other hand not too high to ensure the economy of the design. The paper develops a methodically coherent approach for the determination of partial safety factors for construction types with few empirical values regarding their reliability. The knowledge of the statistical properties of the resistance side of the underlying design model is required. To determine partial safety factors, the semiprobabilistic resistance value is related to the probabilistic value according to a FORM approach. From this the so-called safety margin is derived as a measure of the safety level. The safety margins achieved with the proven reinforced concrete construction are used as a reference value to determine the partial safety factor for carbon reinforcement. The approach is illustrated using bending design with pure carbon reinforcement and mixed reinforcement, but is basically also applicable to other design situations.

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Rempel, Sergej; Ricker, Marcus; Hegger, JosefBiegebemessungsmodell mit einer geschlossenen und iterativen Lösung für Textilbetonbauteile - Reine Biegung und Biegung mit NormalkrafteinflussBeton- und Stahlbetonbau3/2020218-230Aufsätze

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Zur Realisierung der bisherigen Bauprojekte mit textiler Bewehrung wurden Zustimmungen im Einzelfall (ZiE) und allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen (abZ) benötigt, wofür kosten- sowie zeitintensive Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen durchgeführt werden mussten. Dabei waren insbesondere umfangreiche Untersuchungen zum Nachweis der Biegetragfähigkeit notwendig. Damit in Zukunft die Anzahl der Versuche deutlich reduziert werden kann, ist ein praxistaugliches Biegebemessungsmodell erforderlich. In diesem Beitrag wird ein allgemeingültiges Ingenieurmodell für eine Biegebeanspruchung mit und ohne Normalkrafteinfluss vorgestellt. Hierfür werden für den Beton die bekannten Materialgesetze nach Norm verwendet. Für die textile Bewehrung wird aufbauend auf den bisherigen Untersuchungen ein Vorschlag für den Spannungs-Dehnungsverlauf gemacht. Das Modell wird durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen verifiziert, bei denen die für die Biegebemessung maßgebenden Parameter variiert werden. Abschließend wird aufbauend auf dem Ingenieurmodell ein Bemessungsmodell vorgeschlagen, bei dem zusätzlich Sicherheitsbeiwerte berücksichtigt werden.

Design model with an iterative and closed approach for textile reinforced concrete structures with bending load - clear bending load and a combination with normal force
For the realization of the known concrete structures with textile reinforcement the builder-owner needed either a general approval (abZ) or an individual license (ZiE). Therefore the building authority requested detailed, time-consuming as well as expansive experimental test for the ultimate limit (ULS) and serviceability limit state (SLS). Especially the research on bending behavior was necessary. A practical and simple design model could help to reduce the number of tests and offer the tool to the structural planer for the design. This article presents a general engineering model for a clear bending load and a combination with normal force. For this purpose the known material laws for the concrete from the code will be used. The suggestion for the stress-stain-curve for the textile reinforcement will be deviated from the published research work. The model will be verified by extensive experimental tests, where the necessary parameters are respected. Finally a design model will be suggested, which is based on the engineering model. The differences are the additional safety factors, which are required for the design.

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Holz, Karoline; Curbach, ManfredZugtragverhalten von Carbonbeton unter HochtemperaturbeanspruchungBeton- und Stahlbetonbau3/2020231-240Aufsätze

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Für die breite Anwendung von Carbonbeton als konstruktiven Baustoff ist die Kenntnis der Materialkennwerte und des Materialverhaltens unter verschiedenen Expositionsbedingungen, also auch unter Hochtemperaturbeanspruchung von großer Bedeutung. Vor allem muss eine ausreichende Sicherheit gegenüber dem Versagen eines Bauteils im Brandfall gewährleistet werden. Hierzu ist der Wissensstand allerdings noch äußerst lückenhaft. Ausgehend von dieser Fragestellung wurde das Zugverhalten der aktuell für die Anwendung aussichtsreichsten Materialkombinationen bis zu einer Temperatur von 600 °C untersucht. Im vorliegenden Beitrag wird ein Überblick über das Versuchsprogramm und die Versuchsdurchführung gegeben. Es wird hierbei auch auf die Möglichkeiten chemischer Untersuchungen am Bewehrungsmaterial unter Hochtemperatur sowie den verwendeten Versuchsaufbau für die Zugprüfung eingegangen. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse dargestellt, diskutiert und eingeordnet.

Load-bearing behaviour of carbon reinforced concrete under tensile and high temperature stress
For a wider range of possible applications of carbon reinforced concrete as a building material, the material properties are also under high temperatures important. In order to guarantee the safety of building component in case of fire, the material behaviour must be known under this exposure. Based on this question, the currently most promising material combinations up to a temperature of 600 °C were investigated with regard to their tensile behaviour. In particular, the possibilities of chemical investigations on the reinforcement material and their effects on the tensile strength under high temperature as well as the test setup used for the tensile test are dealt with. Finally, obtained the results are presented, discussed and classified.

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Präzise Brückenschalung: Widerlager und Tragwerk effizient realisiert dank 3-D-PlanungBeton- und Stahlbetonbau3/2020240Nachrichten

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BAUKONGRESS 2020 in WienBeton- und Stahlbetonbau3/2020241-250Baukongress

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Termin und Ort: 23. und 24. April 2020, Austria Center Vienna - www.baukongress.at

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 3/2020Beton- und Stahlbetonbau3/2020251-257Beton- und Stahlbetonbau aktuell

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Nachruf:
Prof. Dipl.-Ing. Dr. Lutz Sparowitz verstorben

Nachrichten:
Planer-Geschichten “unsere Helden”
Ehrendoktorwürde für Professor Dr.-Ing. Jürgen Schnell
SIVV-Handbuch - Kapitel D “Schutzmaßnahmen” aktualisiert
Baugenehmigung für die Errichtung des weltweit ersten Gebäudes aus Carbonbeton
Neues Modellvorhaben: Klimaangepasstes Bauen im Wohnungsbau in Bayern
28. Bayerischer Ingenieuretag
Call for Papers

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBeton- und Stahlbetonbau3/2020257-258Veranstaltungskalender

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The Tren Interurbano rail connection between Toluca and Mexico City includes a 4.7 km long twin-bore tunnel, which was driven by two multi-mode TBMs in heterogeneous geology. During construction of a cross passage between the two parallel tubes, water broke in several times. The section could finally be supported using a combined polyurethane and silicate resin grouting system to fill cavities and seal against water pressure (photo: DSI Underground) (see page 339).
Die Zugverbindung Tren Interurbano zwischen Toluca und Mexiko-Stadt beinhaltet einen 4,7 km langen doppelröhrigen Tunnel, der von zwei Multi-Mode-Tunnelvortriebsmaschinen in heterogenen Böden aufgefahren wurde. Bei der Herstellung eines Querschlags zwischen den parallel verlaufenden Tunnelröhren gab es mehrere Wassereinbrüche. Mithilfe einer kombinierten Injektion von Polyurethan- und Silikatharz-Systemen zur Hohlraumverfüllung und Abdichtung gegen das unter Druck anstehende Wasser konnte dieser Streckenabschnitts gesichert werden (Foto: DSI Underground) (siehe Seite 339).

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Richter, Helmut; Moritz, BerndGeomechanics and Tunnelling in extraordinary circumstances / Geomechanik und Tunnelbau in einer außergewöhnlichen SituationGeomechanics and Tunnelling3/2020258-259Editorials

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News: Geomechanics and Tunnelling 3/2020Geomechanics and Tunnelling3/2020260-268News

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2nd Stammstrecke in Munich: start of diaphragm walling works at the main station / 2. Stammstrecke München: Beginn der Schlitzwandarbeiten am Hauptbahnhof
Consortium of Strabag, Skanska and Costain receives “Notice to Proceed” from HS2 / Konsortium aus Strabag, Skanska und Costain erhält “Notice to Proceed” von HS2
First large contract for trackbed / Erster Großauftrag für Bau des Gleisbetts
New headrace for the Rodundwerk I / Neuer Kraftabstieg für das Rodundwerk I
InnoTrans postponed to 27 to 30 April 2021 / InnoTrans auf 27. bis 30. April 2021 verschoben
Femern A/S activates construction contracts for the tunnel element works / Femern A/S aktiviert Bauverträge für die Tunnelelementfabrik
Last tunnel breakthrough at the south head of Stuttgart main station / Letzter Tunneldurchschlag am Südkopf des Stuttgarter Hauptbahnhofs
Semmering Base Tunnel half excavated / Semmering-Basistunnel zur Hälfte gegraben
Call for papers - Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling / Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Eichinger, Stefanie; Leis, Albrecht; Boch, Ronny; Seywald, Christian; Dietzel, MartinAssessment and formation mechanisms of scale deposits in tunnels of the ÖBB-Infrastruktur AG - A subproject of the Task Force Drainage / Bewertung von Sinter und deren Bildungsbedingungen in Tunnelbauwerken der ÖBB-Infrastruktur AG - Ein Teilprojekt der Task Force DrainageGeomechanics and Tunnelling3/2020273-285Topics

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Scale deposit formation in drainage systems of railway tunnels represents a major challenge for their functionality and maintenance. The removal of these scale deposits causes high costs and restrictions of system availability. Effective measures to reduce scale deposit formation range from specification of the composition and structure of building materials to the application of tailored prevention and cleaning strategies. This requires advanced knowledge of the origin and type of scale deposits. The aim of this study is a systematic compilation, characterization, classification, and evaluation of scale deposits in relation to their formation mechanisms and the influence of variable environmental factors. The scale deposits from the 16 investigated tunnels mainly consist of the minerals calcite, aragonite, brucite as well as iron (hydr)oxides and detrital components. Four major types of scale deposits are distinguished: (i) unconsolidated-particulate, (ii) shard-like, (iii) porous, and (iv) compact scales. Types (ii) to (iv) show clear indications of microbial activity affecting the formation and appearance of individual deposits by various metabolic processes. The determining factors for the formation of scales - in addition to the geogenic composition of the aqueous solutions in the drainage system (groundwater / surface water) - are the variable interaction of these waters with the binding agents of the building materials used and the tunnel atmosphere. Geogenic conditions and technical-operational specifications of a tunnel determine the type and character of scale deposits, which can be actively influenced based on the case-specific reaction mechanisms by individual adaptations of environmental conditions.
Sinterbildungen in Drainagen von Eisenbahntunneln stellen für die Funktionalität und Instandhaltung des Entwässerungssystems eine große Herausforderung dar. Die Entfernung dieser Sinter verursacht neben hohen Kosten auch Einschränkungen der Anlagenverfügbarkeit. Wirkungsvolle Maßnahmen zur Reduzierung dieser Sinterbildungen reichen von gezielten bautechnischen Vorgaben für Baustoffe bis zum Einsatz von maßgeschneiderten Verhinderungs- und Reinigungsstrategien. Dies erfordert fundierte Kenntnisse über die Entstehungsmechanismen und die Typisierung der Sinter. Ziel dieser Studie ist die systematische Erfassung, Charakterisierung, Einteilung und Bewertung der Sinter in Hinblick auf deren Entstehungsmechanismen und den Einfluss von variablen Umgebungsfaktoren. Die Sinter aus 16 untersuchten Tunnelbauwerken bestehen vorwiegend aus Neubildungen der Minerale Kalzit, Aragonit, Brucit sowie Eisen(hydr)oxiden und detritischen Bestandteilen. Vier Sintertypen treten auf: (i) unverfestigt-partikuläre, (ii) scherbenartige, (iii) poröse und (iv) kompakte Sinter. Die Sintertypen (ii) bis (iv) zeigen deutliche Hinweise auf mikrobielle Aktivitäten, welche die Ausbildung der einzelnen Sinter durch verschiedene metabolische Prozesse beeinflussen können. Die bestimmenden Faktoren für die Bildung der Sinter sind - neben der geogenen Zusammensetzung der im Drainagesystem befindlichen wässrigen Lösungen (Grundwasser/Oberflächenwasser) - die Wechselwirkung dieser Wässer mit den Bindemittelphasen der verwendeten Baustoffe und mit der Tunnelatmosphäre. Geogene Randbedingungen und technisch-operative Vorgaben eines Tunnelbauwerks bestimmen die Art und Ausprägung des Sinters und können bei Kenntnis der fallspezifischen Reaktionsmechanismen durch individuelle Adaptierungen der Umgebungsbedingungen gezielt beeinflusst werden.

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Steiner, WalterSulphate-bearing rocks in tunnels - Lessons from field observations and in-situ swelling pressures / Verhalten von Sulfatgestein im Tunnelbau - Erfahrungen aus Feldbeobachtungen und In-situ-QuelldrückeGeomechanics and Tunnelling3/2020286-301Topics

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Tunnels and underground works in sulphate bearing rocks are very challenging. For more than a century experience has accumulated in Switzerland and southern Germany with difficult conditions during construction and operation, which show the difficult conditions with extreme, long lasting heave of the invert and extreme swelling pressures. The analyses of published experience over more than a century and recent personal experience led to the compilation of many pieces of a puzzle and to a better understanding of complex processes. The swelling processes in sulphate bearing rocks are triggered by the formation of flow path for water, the dissolution, concentration and precipitation of minerals. In particular Anhydrite is dissolved and the solution becomes saturated, until precipitation and crystallization of Gypsum starts. The applied construction methods play an important influence on the rock mechanics and geochemical processes and finally the magnitude of in-situ swelling pressures. The in-situ swelling pressure are still large, but substantially less than the swelling pressures from laboratory tests. Estimated swelling pressures will be indicated.
Tunnelbau in Sulfatgestein gehört zu den größten Herausforderungen bei Untertagebauten. Seit mehr als einem Jahrhundert kommt es bei Untertagebauten in Sulfat führendem Gebirge zu schwierigen Verhältnissen während des Baus und Betriebs der Tunnel mit großen, langandauernden, oft unerwartet auftretenden Sohlhebungen und extrem hohen Quelldrücken. Die Analyse von Tunnelbauten über hundert Jahre bis heute sowie eigene Untersuchungen führten zum besseren Verständnis der komplexen Vorgänge. Quellvorgänge werden durch die Bildung von Wasserwegen um Tunnel ausgelöst und laufen weiter als Transport- und Ausfällvorgänge. Die Quellvorgänge bei Sulfatgestein laufen über die Lösung von Anhydrit, Konzentrierung von Sulfat, Ausfällung und Kristallisation von Gips. Die Bauvorgänge und felsmechanische Randbedingungen beeinflussen die Gebirgsbeanspruchung und geochemischen Prozesse und die Größe der aufzunehmenden Quelldrücke. Die von der Auskleidung aufzunehmenden In-situ-Quelldrücke sind zwar immer noch hoch, sind aber weit geringer als die im Laborversuch gemessenen Quelldrücke. Richtwerte von Quelldrücken werden ermittelt.

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Irmler, Ralf; Türtscher, Matthias; Hagenhofer, Hannes; Schweiger, HorstFrom dust till dawn - Experience from 14 km of "dry tunnel drive" / From dust till dawn - Baubetriebliche Erfahrungen aus 14 Kilometer "Trockener Vortrieb"Geomechanics and Tunnelling3/2020302-312Topics

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As part of the reorganization of the Stuttgart railway node, many tunnels had to be driven through the rock formation of gypsum Keuper (Grabfeld Formation), which contains anhydrite. In contact with water, the mineral anhydrite converts into the mineral gypsum with a resulting increase of volume. To prevent damage to the tunnel structure and the buildings above the tunnel as a result of this swelling process, the tunnelling work had to be carried out dry. No water was allowed for cleaning, drilling or for dust reduction. Dry tunnelling for hundreds of metres in this form and intensity is a novelty. There were no empirical values. In this article the special features of a dry tunnelling are presented. A target-actual comparison or geotechnical deformations should be deliberately avoided, although some peculiarities only result from changes to the contractual framework.
Im Rahmen der Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart mussten viele Tunnel im anhydritführenden Gipskeuper (Grabfeld Formation) vorgetrieben werden. Das Mineral Anhydrit wandelt sich in Kontakt mit Wasser in das Mineral Gips um, was eine Volumenzunahme zur Folge hat. Um Schäden am Tunnelbauwerk und an der oberhalb der Tunnel befindlichen Bebauung in Folge dieses Schwellprozesses auszuschließen, mussten die Vortriebe trocken erfolgen. Es durfte kein Wasser zum Reinigen, zum Bohren oder zur Staubniederschlagung eingesetzt werden. Über viele hunderte Meter Tunnel trocken vorzutreiben, stellt in dieser Form und Intensität ein Novum dar. Erfahrungswerte lagen nicht vor. In diesem Beitrag sollen die Besonderheiten eines trockenen Vortriebs dargestellt werden. Auf einen Soll-Ist-Vergleich oder auf geotechnische Verschiebungen wurde hierbei verzichtet, wenngleich einige Besonderheiten erst aus Änderungen der vertraglichen Rahmenbedingungen resultieren.

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Gschösser, Florian; Tautschnig, Arnold; Auderer, StefanWork-sampling studies applied for unit rate determination of labour-intensive tunneling processesGeomechanics and Tunnelling3/2020315-326Topics

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Work-sampling studies are typically applied to determine unit rates (a measure of construction labour productivity) for labour-intensive building construction processes. This study analyses how this methodology can be adapted for application to labour-intensive tunnelling processes, e.g. the construction of the inner lining. Therefore, first, the application of the work-sampling methodology for typical building construction process (wall formwork processes for a classical reinforced concrete building structure) was analysed. On this basis, a detailed work-sampling study for constructing the inner lining of a railway tunnel was prepared and performed. Thereby, the usage of a tablet computer was tested instead of analogue execution with paper forms. The study demonstrated that work-sampling studies allow the determination of average unit rates of tunnelling processes (for specific project and construction properties). Furthermore, the methodology allows to identify detailed unit rates with the goal to demonstrate specific influences (e.g. disturbances), which can be further utilized in construction and site management as well as claim management processes, such as the determination of productivity losses. However, the double analysis carried out for the tunnel inner lining (reinforcing and tunnelling workforce) and the size of the analysed workforces (up to ten workers) showed the limits for a one-person work-sampling study.

Ermittlung von Aufwandswerten für arbeitskraftaufwendige Tunnelbauprozesse mithilfe der Multimomentaufnahme
Multimomentaufnahmen werden hauptsächlich zur Bestimmung von Aufwandswerten von arbeitskraftaufwendigen Bauprozessen im Hochbau herangezogen. Diese Studie untersucht, wie diese Methodik für arbeitskraftintensive Tunnelbauprozesse wie die Konstruktion der Tunnelinnenschale angewandt werden kann. Dafür wurde zunächst die Anwendung der Multimomentaufnahme für einen typischen Hochbauprozess (Wandschalung für eine klassische Stahlbetonbaukonstruktion) analysiert. Basierend darauf wurde eine detaillierte Multimomentaufnahme für die Herstellung der Innenschale eines Eisenbahntunnels ausgearbeitet und durchgeführt. Dabei wurde die Verwendung eines Tablet-Computers anstelle einer analogen Ausführung mit Papierformularen getestet. Die Studie hat gezeigt, dass Multimomentaufnahmen auch im Tunnelbau für die Bestimmung von durchschnittlichen Aufwandswerten (für spezifische Projekt- und Konstruktionseigenschaften) herangezogen werden können. Darüber hinaus ermöglicht die Methodik die Ermittlung detaillierter Aufwandswerte, die entsprechende Einflüsse (z. B. Störungen) aufzeigen und weiterführend im Baustellen- bzw. Claim-Management (z. B. die Ermittlung von Produktivitätsverlusten) genutzt werden können. Die für die Tunnelinnenschale durchgeführte Doppelanalyse (Bewehrungs- bzw. Tunnelbaukolonne) bzw. die Größe der analysierten Arbeitsgruppen (bis zu zehn Arbeitskräfte) zeigten jedoch die Grenzen für eine Ein-Personen-Multimomentaufnahme.

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