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Die Verkehrsfreigabe des Hochmoselübergangs ist für den Landesbetrieb Mobilität der Höhepunkt im 70. Jubiläumsjahr der Straßenverwaltung Rheinland-Pfalz.

„70 Jahre - gut-unterwegs.de”: Seit 70 Jahren treten wir für eine leistungsfähige, sichere und umweltgerechte Verkehrsinfrastruktur in unserem Bundesland Rheinland-Pfalz ein. Vom anfänglichen Wiederaufbau über die Erweiterung und den Ausbau des Straßennetzes bis zur heutigen Mobilitätswende und wachsenden Aufgaben im Bereich der Straßen- und Brückenerhaltung. Die Straßenbauverwaltungen der Länder - in Rheinland-Pfalz der Landesbetrieb Mobilität - stehen für eine nachhaltige Mobilität im gesellschaftlichen Konsens.

Ein Prozess mit intensiven Abstimmungen und komplexen Verfahren - gerade bei Großprojekten wie dem Hochmoselübergang. Kernstück dieser ca. 25 km langen Neubaustrecke der B 50 neu zwischen der A 1 bei Wittlich und der bestehenden B 50 bei Longkamp ist die Hochmoselbrücke.

Flexible, nachhaltige, energieeffiziente und identifikationsorientierte Industrie- und Gewerbegebäude sind die Basis für einen langfristigen wirtschaftlichen Erfolg von Unternehmen. Vor allem aber müssen moderne Betriebsgebäude wandlungsfähig sein. Die Anforderungen im Gewerbebau decken ein vielfältiges Spektrum ab. Dieses reicht von einem Werkstattgebäude für einen Handwerksbetrieb von 300 qm bis hin zu einer 100.000 qm großen Logistikanlage zur Warendistribution. Im Gegensatz zu Industriegebäuden ist eine der Kernforderungen bei der Planung von Gewerbegebäuden die Sicherstellung der Drittverwendbarkeit, also einer vollständig anderen Nutzung als bei der Erst- oder Zweitverwendung vorgesehen.

Schon bei der Planung moderner Betriebsgebäude muss eine hohe Flexibilität durch planerische und bauliche Maßnahmen gewährleistet sein. Zentrale Einrichtungen, wie z.B. Technikflächen für Raumlufttechnik und Stromversorgung oder Zentralen für selbstständige Feuerlöschanlagen sind von vornherein so zu gestalten, dass diese bei einer Drittverwendung nachgerüstet werden können. Darüber hinaus sollen moderne Businessbauten die Identitäts- und Markenbildung von Unternehmen unterstützen. Das Gebäude hat dabei nicht nur eine Außenwirkung auf Kunden und Öffentlichkeit, sondern als Arbeits- und Aufenthaltsort auch eine Innenwirkung auf die Mitarbeiter.

Das Ernst & Sohn Sonderheft Industrie- und Gewerbebauten 2019 informiert über aktuelle Trends und Entwicklungen, Normen und Richtlinien in der Industriearchitektur und stellt außergewöhnliche Bauprojekte aus Neubau, Umbau und Sanierung vor. Des Weiteren werden technische, konstruktive und organisatorische Anforderungen an moderne Arbeitsumgebungen erörtert, Produkte und Lösungen für konkrete Bauprojekte sowie erfolgreiche Strategien für das nachhaltige Bauen und Betreiben von Industrie- und Gewerbebauten vorgestellt. Aktuelle Produkt- und Objektberichte marktteilnehmender Unternehmen runden den Fachteil wie gewohnt ab.

Gebäudehüllen und insbesondere die Fassade gehören zu den Bauteilen, die vor dem Hintergrund des ressourceneffizienten Bauens das höchste Innovationspotenzial aufweisen. Neue Produkte, Materialien und Technologien sowie Richtlinien und Vorschriften treiben die Entwicklung der Gebäudekonstruktion stetig voran und Aspekte wie Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Energieeffizienz beeinflussen das Leistungsspektrum der Fassade entscheidend: Schützend, funktional, repräsentativ, kreativ, integriert, energieoptimiert und damit auch intelligent sollen moderne High-Tech-Fassaden sein, ohne dabei Abstriche vom Nutzerkomfort und den ästhetischen Ansprüchen an das ?Gesicht? der Fassade machen zu müssen.

Individuelle Planung, Fertigung und Montage ist die Voraussetzung für eine ganzheitliche Gebäudehülle, die Schutz- und Designelement, Wärmespeicher, Klimaanlage, Lichtspender, Feuer- und Lärmschutzwand zugleich ist. Unterschiedlichste Materialien, wie Holz, Glas, Beton, Ziegel, Putz, Textilien, und Konstruktionen von klassischen Pfosten-Riegel-Fassaden über Elementfassaden, Ganzglasfassaden, begrünte Fassaden und fassadenintegrierte PV setzen der Lösungskompetenz und Kreativität der Planer kaum Grenzen. Dank der großen Systemvielfalt und der Kompatibilität mit Fenster-, Tür- und Schiebesystemen sowie Sonnenschutzelementen steht den Architekten eine flexible Fassadentechnik zur Verfügung.

Die Ausgabe 2/2019 des Sonderheftes Innovative Fassadentechnik berichtet über aktuelle Trends in der Gestaltung und technischen Ausrüstung von Gebäudehüllen, neue Produkte zur Steigerung der Energieeffizienz von Fassaden, über neue Richtlinien, Normen und Forschungsergebnisse rund um die Gebäudehülle. Aktuelle Produkt- und Objektreportagen marktteilnehmender Unternehmen runden den Fachteil wie gewohnt ab.

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Durch den hohen Schalungs- und Herstellungsaufwand konventioneller Herstellverfahren für Textilbetonbauteile, wie bspw. Gießen, Laminieren, Spritzen oder Schleudern, eignen sich diese Verfahren vorzugsweise für eine serielle Stückfertigung oder für Einzelanwendungen. Das Extrudieren hingegen weist das wirtschaftliche sowie technologische Potenzial auf, ohne zeit- und kostenintensive Schalungs- und Bewehrungsprozesse kontinuierlich komplexe und filigrane Bauelemente herzustellen. Derzeit wird das Extrusionsverfahren bereits erfolgreich in unterschiedlichen Branchen mit verschiedenen Materialien eingesetzt, um Produkte in verschiedensten Geometrien in hoher Stückzahl und Qualität zu fertigen. Auch in der Baubranche gewinnt das Extrusionsverfahren durch die fortschreitende Digitalisierung der Fertigungsverfahren, wie z. B. der 3-D-Betondruck, immer mehr an Bedeutung. Durch den Einsatz von technischen Textilen können die Bauteile aus dem neuen Verbundwerkstoff dünnwandiger gestaltet und die Zugfestigkeit signifikant erhöht werden. Weiterhin können durch die Zugabe von Kurzfasern sowohl die Mikrorissbildung als auch die Festigkeitseigenschaften sowie die Duktilität aufgrund einer optimalen Ausrichtung der Fasern in Extrusionsrichtung gezielt positiv beeinflusst werden. Im folgenden Aufsatz werden die Anforderungen an eine extrudierbare Feinbetonmischung mit Kurzfasern näher erläutert und der Entwicklungsprozess einer geeigneten Textilzuführung in den Extrusionsprozess beschrieben.

Extrusion of textile reinforced concrete with short fibers - development of a suitable fine concrete mix and a process integrated textile feed
Because of the high formwork and manufacturing costs of conventional manufacturing processes for textile reinforced concrete, such as casting, laminating, spraying or centrifuging, these processes are only suitable for serial batch production or for individual applications. However the extrusion has the economic and technological potential to continuously produce complex and filigree components without time- and cost-intensive formwork and an integrated process of reinforcing. Currently, the extrusion process is successfully used in different branches with varying materials in order to manufacture products in numerous geometries in high qualities and quantities. The extrusion process is also gaining more importance in the construction industry, due to the progressive digitalisation of production processes, such as the 3D printing of concrete. Through the use of technical textiles as reinforcement the structural elements can be made even thinner-walled with a significant increase of its tensile strength. The use of short fibres can have an additional positive effect on the formation of microcracks, the mechanical properties and the ductility of the material, due to the ideal orientation of the fibres in the direction of extrusion. In the following article, the requirements for an extrudable fine concrete mix with short fibres are clarified and the development process of a suitable textile feed into the extrusion process is described.

Der Verzicht auf mechanische Verbundmittel in Sandwichkonstruktionen des Betonfertigteilbaus erscheint für die Realisierung neuartiger Sandwichelemente wirtschaftlich interessant. Deshalb wurden im Rahmen der Entwicklung eines verbundmittelfreien Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelements Untersuchungen zum Verbundverhalten zwischen verschiedenen Hartschäumen und normalfestem Beton (NFB) sowie ultrahochfestem Beton (UHFB) durchgeführt. Das Verbundverhalten zwischen Glasvorsatzschale und Hartschaum ist in Teil 2 des Aufsatzes beschrieben. Die Ergebnisse der insgesamt 120 Haftzugversuche und 30 Scherversuche an Beton-Hartschaum-Verbundkörpern zeigen, dass durch Betonieren auf den Hartschaum Verbundfestigkeiten in technisch nutzbarer Größenordnung sicher erreicht werden können. Selbst für NFB liegt die Haftzugfestigkeit unabhängig vom Hartschaumtyp und dessen Oberflächentextur um 50 % höher als der für ein unverdübeltes Wärmedämmverbundsystem geforderte Mindestwert. UHFB erzielt deutliche höhere Verbundfestigkeiten, was nach Auswertung lichtmikroskopischer Aufnahmen u. a. auf eine bessere mikromechanische Verzahnung zurückgeführt wird. In einigen Fällen ist die Tragfähigkeit der Verbundkörper durch die Festigkeit des Hartschaums und nicht durch die Verbundfestigkeit der Fuge limitiert.

Bond in glass-rigid foam-concrete sandwich elements - part 1: experimental investigations on the bond between concrete and rigid foam
Omitting mechanical connectors in precast concrete sandwich construction seems economically interesting for realising novel sandwich structures. Therefore, investigations on the bond behaviour between different rigid foams and ordinary performance concrete (OPC) as well as ultra-high performance concrete (UHPC) were carried out as part of the development of a glass-rigid foam-concrete sandwich element without connectors. The bonding behaviour between glass panels as facing layer and rigid foam is treated in part 2 of the paper. The results of a total of 120 tensile bond tests and 30 shear tests on concrete-rigid foam composites show that technically relevant bond strengths can be reliably achieved by pouring the concrete onto the rigid foam. Even for OPC, the tensile bond strength is 50 % higher than the minimum value required for external thermal insulation composite systems without mechanical connectors, regardless of the foam type and its surface texture. For UHPC significantly higher bond strengths are achieved, which - as evaluation of light microscopic imaging shows - can be attributed to a better micromechanical interlock. In some cases, the strength of the composite has been limited by the strength of the foam but not by the bond strength of the joint.

Sandwichelemente mit Glas als äußere Deckschicht erfordern bisher für eine Verwendung in der Fassade von Gebäuden den Einsatz von mechanischen oder adhäsiven Verbundmitteln. Ein Verzicht auf diese Verbundmittel ist hinsichtlich Ressourcen- und Energieeinsparung sowohl bei der Herstellung als auch in der Anwendung vorteilhaft. Der vorliegende Aufsatz berichtet über experimentelle Untersuchungen zum Verbundverhalten zwischen Polyurethan-Hartschaum und verschiedenen Oberflächen von Floatglas ohne und mit Haftvermittler im Rahmen der Entwicklung eines verbundmittelfreien Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelements. Die Ergebnisse aus Haftzug- und Scherversuchen zeigen, dass eine im Sandstrahlverfahren aufgeraute Glasoberfläche zu kohäsivem Versagen im Hartschaum führt. Mit den beiden herstellungsbedingt verschiedenen Glasoberflächen für die Atmosphären- und Zinnbadseite erfolgt das Versagen zwischen Hartschaum und Glas adhäsiv. Die Verbunde ohne Haftvermittler weisen keine signifikanten Unterschiede zwischen Atmosphären- und Zinnbadseite auf. Insgesamt erzielen die Prüfkörper mit Haftvermittler höhere Werte für die Haftzug- und Scherfestigkeit. Aus licht- und elektronenmikroskopischen Untersuchungen der Bruchflächen geht hervor, dass der verwendete Haftvermittler einen deutlichen Einfluss auf die Benetzbarkeit der Glasoberfläche und die Porenausbildung des flüssigen Polyurethan-Hartschaums aufweist. Der Verbund zwischen Beton und Hartschaum ist in Teil 1 des Aufsatzes beschrieben.

Bond in glass-rigid foam-concrete sandwich elements - part 2: experimental investigations on the bond between concrete and rigid foam
Sandwich elements in building envelopes with facing layer made of glass require currently mechanical or adhesive connectors. The absence of these connectors is of interest in terms of resource and energy savings both in production and in the building envelope. This paper reports on the bond behaviour between polyurethane rigid foam and float glass with different surfaces without and with the use of a bonding agent. The studies are part of the development of a glass-rigid foam-concrete sandwich element without additional adhesives and mechanical connectors. The results of adhesive tensile and shear tests show that a sandblasted roughened glass surface resulted in cohesive failure in the insulation layer. The production-related different glass surfaces on atmosphere and tin side come to an adhesive failure between insulation layer and glass. Composites of glass and insulation layer without adhesion agent show no significant differences between the atmosphere and the tin side. Overall, the test specimens with bonding agents achieved higher levels of adhesive tensile and shear strengths. Light and electron microscopic studies of the fractured surface show that the bonding agent has a significant influence on the wetting and pore formation of the liquid polyurethane. The composite of the polyurethane rigid foam and concrete is described in part 1 of the paper.

Zur Verbesserung des Tragverhaltens von aussteifenden Mauerwerkswänden unter Erdbebeneinwirkung wurde an der TU Dortmund eine neuartige Verstärkungsmethode entwickelt. Dünne textilbewehrte Betonelemente, die mittels mechanischer Verbindungsmittel an der Mauerwerkswand befestigt werden, führen zu einem Wandsystem, das nicht nur die Anforderungen an Integrität und Tragwiderstand erfüllt, sondern auch ein duktiles Grenztragverhalten entwickelt. Nach der Vorstellung des Konzepts und der Konstruktionsprinzipien werden anhand der Ergebnisse experimenteller und rechnerischer Untersuchungen die Kapazität sowie die Wirkungsweise dieses Verstärkungssystems detailliert vorgestellt. Besonders instruktiv sind dabei die Erdbebensimulationsversuche an geschosshohen Wänden mit dem direkten Vergleich zwischen unverstärkten und verstärkten Mauerwerkswänden. Nach der genaueren Beschreibung des Tragverhaltens und der Systemvoraussetzungen wird die Wirksamkeit des Verstärkungssystems für ein Gebäude mit aussteifenden Mauerwerkswänden mittels vergleichender Erdbebenberechnung identifiziert.

Retrofitting method for stiffening masonry walls in earthquake regions
To improve the load carrying behavior of stiffening masonry walls under earthquake action a new retrofitting method was developed at TU Dortmund University. Thin textile reinforced concrete elements fastened at the masonry wall with anchors lead to a wall system which not only fulfills the requirements for integrity and resistance but is also capable to develop a ductile limit state mechanism. Following the presentation of the concept and construction principles, the capacity and operation of the retrofitting system are presented with reference to experimental and analytical investigations. In this connection, earthquake simulation tests on full scale walls are especially instructive with the direct comparison of unretrofitted and retrofitted masonry walls. Next to the detailed description of its behavior and prerequisites, the effectiveness of the retrofitting system for a building with stiffening masonry walls is identified by means of comparative seismic analysis.

Locker gelagerte nichtbindige Böden werden in zahlreichen Anwendungsfällen erfolgreich durch den Einsatz von Tiefenrüttlern bei der Rütteldruckverdichtung verbessert. Eine verlässliche, physikalisch fundierte Prognose des Verdichtungserfolgs kann für die wirtschaftliche Umsetzung der Maßnahmen jedoch entscheidend sein. Die Ausbreitung von seismischen Wellen, großräumige, plastische Verformungen, Porenwasserdruckaufbau und Materialtransport infolge der Bewegung des Tiefenrüttlers bestimmen den Verdichtungserfolg maßgeblich, können aber in ihrer Gesamtheit bei Simulationen nicht berücksichtigt werden. Zur Verbesserung der Prognosequalität wird ein Vorgehen vorgeschlagen, bei welchem zunächst eine mehrdimensionale Dehnungsamplitude zur Beschreibung der auftretenden Verformungen berechnet und anschließend die Akkumulation der Verformungen infolge einer Vielzahl von Zyklen (Rotationen des Rüttlers) mit einem Akkumulationsmodell abgeschätzt wird. Dazu stehen analytische und numerische Ansätze zur Verfügung, welche einen begrenzten Bodenbereich um den Tiefenrüttler betrachten und vergleichbare, plausible Ergebnisse sowohl für die Wellenausbreitung als auch für die Dehnungsamplitude liefern. Zur Untersuchung des Verformungsverhaltens eines Sands bei Dehnungsamplituden bis in den Prozentbereich wurden Hohlzylindertriaxialversuche mit einer zyklischen Verdrehung der Fußplatte durchgeführt, welche ein überwiegend homogenes Dehnungsfeld zeigten. Durch die Nachrechnung der Laborversuche mit einem Akkumulationsmodell für große Dehnungsamplituden und Anpassung der Modellparameter ist es möglich, das Verformungsverhalten im Falle der Rütteldruckverdichtung zu beschreiben und durch Erweiterung des Vorgehens für die Abschätzung des Rastermaßes zu verwenden.

Experimental, analytical and numerical investigations on vibro compaction of sand
Loosely bedded non-cohesive soils are successfully improved in numerous applications through the use of deep vibrators in vibro compaction treatments. However, a reliable, physically sound prognosis of the compaction success can be decisive for the economic implementation of the measures. The propagation of waves, large-scale plastic deformations, pore water pressure build-up and material transport as a result of the movement of the deep vibrator are decisive ingredients of compaction success, but cannot be taken into account as a whole in simulations. In order to improve the prediction quality, a procedure is proposed in which a multidimensional strain amplitude is calculated to describe the occurring deformations and then the accumulation of the deformations due to a multitude of cycles (rotations of the vibrator) is estimated with an accumulation model. For this purpose, analytical and numerical approaches are available which consider a limited soil area around the deep vibrator and provide comparable, plausible results both for wave propagation and for the strain amplitude. In order to investigate the deformation behaviour of a sand at strain amplitudes up to the percentage range, hollow cylinder triaxial tests with a cyclic rotation of the base plate were performed, which showed a predominantly homogeneous strain field. By recalculating the laboratory tests with an accumulation model for large strain amplitudes and adjusting the model parameters, it is possible to describe the deformation behaviour in the case of vibro compaction and to use it for the estimation of the grid dimension for the densification points by extending the procedure.

Für die Eisenbahn-Hochgeschwindigkeitsstrecke im Projektabschnitt “Albaufstieg” des Großprojekts Stuttgart 21 wird die Filstalbrücke als semiintegrales Bauwerk ausgeführt, bei welchem die Pfeiler ohne Fugen und Lager kraftschlüssig mit dem Überbau gekoppelt werden. Der Entwurf sah flach gegründete Widerlager und kombinierte Pfahl-Plattengründungen für die Pfeiler in den teilweise karstigen Jurakalken vor. Auf der Grundlage der konsequenten Ausweisung von Tragwerksreserven durch Anwendung hochwertiger numerischer Bemessungsmodelle in Verbindung mit der Durchführung von Pfahlprobebelastungen konnte die Gründung so optimiert werden, dass gegenüber dem ursprünglichen Entwurf ca. 50 % der Pfahlmeter eingespart werden konnten.
Während der Bauausführung wurde im Bereich des Widerlagers komplexer und sehr heterogener Baugrund angetroffen. Als Folge wurde eine Vielzahl an Vergütungsmaßnahmen geplant und ausgeführt.

The Filstal Bridge at the new railway line Wendlingen-Ulm - challenges for the geotechnical planning of a semi-integral construction
The Filstal Bridge is part of the high-speed railway line of the mega project Stuttgart 21, project section “Albaufstieg”, and is planned as semi-integral construction. The pillars are connected monolithically and force-locking with the superstructure. The design planning scheduled surface foundations at the abutments and combined pile-raft foundations at the pillars. The ground is built by jurassic limestone with partial karstification. On the basis of a consequent designation of reserves for the supporting structure by applying sophisticated numerical modelling in combination with pile load tests, the foundation was optimized and 50 % of the total pile meters could be save compared to the original design planning.
In terms of th e construction work at the abutment, complex and highly disintegrated rock mass was observed. Therefore, multiple remuneration measures were planned and carried out at the construction site.

Die Sanierung der großen Start- und Landebahn am Flughafen Köln/Bonn war für alle Projektbeteiligten eine echte Herkulesaufgabe und erforderte in puncto Logistik neue Ansätze und Denkweisen, um diese anspruchsvolle Aufgabe zu meistern. Der Flughafen Köln/Bonn verfügt über insgesamt drei Start-/Landebahnen und ist mit rd. 860000 t Fracht pro Jahr der drittgrößte Frachtflughafen und mit 12,9 Mio. Passagieren der siebtgrößte Verkehrsflughafen in Deutschland. Die Generalsanierung der 3815 m langen und 60 m breiten Start- und Landebahn wurde seit 2014 vom Flughafen geplant, um nach der letzten umfangreichen Sanierung 1995 die oberen Asphaltschichten zu erneuern und die RWY auf den neuesten Stand der Technik gemäß den europäischen Vorschriften für Flughäfen, der Grundverordnung der EASA, zu bringen. Für die Tiefbauleistungen standen nur 18 Wochenenden à 30 h zur Verfügung. Das entspricht einer Nettobauzeit von lediglich 540 h mit der zusätzlichen Herausforderung, den Flugbetrieb an jedem Sonntag um 18 Uhr wieder aufzunehmen. Die Langstreckenfrachtflugzeuge waren bereits in der Luft, während die Bauarbeiten noch liefen!

Logistic masterpiece
The redevelopment of the large runway at Cologne/Bonn Airport, was a Herculean task for all involved. In order to master this challenging construction, the project required a new approach, and a new way of thinking in terms of logistics. Cologne/Bonn Airport has a total of three runways, and with approximately 860000 to of freight passing through it every year, it is the third largest cargo airport in Germany. In addition, 12.9 million passengers pass through it each year, therefore also making it the seventh largest commercial airport in Germany. The refurbishment of the 3815 m long and 60 m wide runway, has been planned by the airport since 2014. The aim being, to renew the upper asphalt layers after the last major refurbishment in 1995, and bring the RWY state-of-the-art technology, in accordance with the European rules on airports, the EASA basic regulation. Only 18 30-h-weekends were available for construction work. This equates to a construction time of only 540 h, along with the added challenge of resuming flight operations at 18.00 (6 pm), every Sunday. The cargo planes were already in the air, while construction was in progress.

Der Arbeitskreis “Baugruben” der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik befasst sich im Rahmen der Vorbereitung der 6. Auflage der Empfehlungen des Arbeitskreises “Baugruben” (EAB) mit der Überarbeitung und Ergänzung der vorliegenden 5. Auflage. In diesem Zuge wurden neue Empfehlungen für die Planung und Ausführung von Unterfangungen, eine vollständige redaktionelle Überarbeitung des Kapitels “Baugruben in weichen Böden” sowie eine ergänzende Empfehlung für die Ermittlung von Kopfverformungen nicht gestützter Wände erarbeitet. Damit wurde aus Sicht des Arbeitskreises den Anforderungen aus der Praxis, der Anwendungsfreundlichkeit der Empfehlungen sowie dem Auftreten von Schadensfällen in der Bauausführung Rechnung getragen. Gegenstand des vorliegenden Aufsatzes ist der Abdruck der wesentlichen Textpassagen und überarbeiteten Empfehlungen mit der Bitte um Stellungnahme durch die Fachwelt.

Report of the working group for recommendations on excavations: outlook 6th edition EAB - underpinnings, excavations in soft soils, head deformations of non-supported walls
The working group “Baugruben” of the German Geotechnical Society deals with the revision and supplement of the present 5th edition in process of the preparation of the 6th edition of the Recommendations on Excavations (EAB). In this course, new recommendations for the design and execution of underpinnings, a complete editorial revision of the section “Excavations in soft soils” as well as additional recommendations for the determination of head deformations of non-supported walls were established. From the perspective of the working group “Baugruben”, this took into account the practical requirements, the ease of use of the recommendations and the events of damage in construction works. The subject of this article is the reprinting of the main passages and revised recommendations with the request for comment from experts.

Nachrichten:
Symposium Ingenieurbaukunst-Design for Construction
Jahrbuch Ingenieurbaukunst: bis Dezember für 2021 einreichen!

Veranstaltungen: Brandschutz - SEHEN. VERSTEHEN. ERLEBEN.
Saubere Gewässer - unser wertvollstes Gut

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Zum Titelbild:
Das Foto entstand während einer Versuchsreihe zur Entwicklung eines gefällefähigen Leicht-Carbonbetons auf Blähglasgranulat-Basis in der Forschnungsabteilung der Koch GmbH. Ziel der Entwicklung war es, einen gefügedichten Leichtbeton zu konzipieren, welcher trotz geringer Dichte eine ausreichende mechanische Performance liefert. Zusätzlich sollte der Leichtbeton problemlos auf der Baustelle einsetzbar und sowohl bei der Förderung, als auch bei der Herstellung mit gewöhnlichem Konstruktionsmörtel vergleichbar sein. Durch den Einsatz der Entwicklung kann ca. die Hälfte der Auflast im Vergleich zu gewöhnlichen Konstruktionsbetonen gleicher Schichtdicke eingespart werden. Durch den Entfall von aufwendigen Arbeitsschritten wie Abstützungen, Verstärkungen, Neubemessung, Fördertechnik etc. und deutlich geringeren Sperrzeiten sind sogar Kostenreduzierungen mit dieser Methode realisierbar. (Foto: Koch GmbH)

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Die Schallemissionsmessung Acoustic Emission (AE) ist ein Messverfahren, welches in der Materialforschung, in der Materialprüfung im Labor und in der Dauerüberwachung im Anlagen- und Maschinenbau seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt wird. Im Bauwesen stellt die AE noch kein etabliertes bzw. übliches Messverfahren dar, auch wenn die Tauglichkeit des Verfahrens zur Detektion von Schadensereignissen in der Praxis mehrfach bewiesen wurde. In Deutschland unterliegen derzeit mehrere Brücken einer Dauerüberwachung, bei der AE einen wichtigen Baustein darstellt, um Veränderungen des Tragverhaltens bzw. eine zunehmende Schädigung in Form von Spannstahlbrüchen oder Schweißnahtrissen zu erfassen, z. B. [1]. AE zur Detektion von Spannstahlbrüchen empfiehlt sich bei Bauwerken mit spannungsrisskorrosionsempfindlichen Spannstählen, anderweitig korrosions- bzw. rissgefährdeten Spannstählen oder auch bei Neubauten, bei denen die Anforderungen an Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 oder RIL 804 nicht eingehalten werden können. In diesem Beitrag werden Beispiele für AE-Monitoring zur Spannstahlbruchdetektion an verschiedenen Bauwerken vorgestellt. Ferner werden Ergebnisse zu gezielt herbeigeführten Spannstahlbrüchen und Schlagbeanspruchung an Bauwerken und an Testkörpern dargestellt, ergänzt um zwei numerische Simulationen der Wellenausbreitung.

Monitoring of prestressed constructions with Acoustic Emission technique to detect wire breaks
Acoustic Emission technique (AE) is successfully used for decades in material research, material testing in laboratory and in structural health monitoring, in machine building industry and plant engineering. Although AE has repeatedly proven its suitability for detecting damage, the method is not yet commonly used in civil engineering outside the laborytory. In Germany, several bridges are monitored permanently with AE to detect damage like prestressing wire breaks or breaks in welding seams [1]. AE to detect wire breaks is recommended for prestressed buildings with risk of stress crack corrosion, other crack risks or for buildings which cannot be inspected according the required standards. In this paper, examples for AE monitoring to detect wire breaks on bridges are shown. Furthermore, tests with the rebound hammer and wire breaks induced by cutting were executed and analysed. To confirm the test results and to provide better visualization and understanding of underlying wave phenomena, two numeric simulations of the sound wave propagation have been conducted.

So stellt man sich einen 100sten Geburtstag nicht unbedingt vor: Am Vormittag des 12.09.2014 wurde die denkmalgeschützte Stahlbeton-Rippenkuppel des Elefantenhauses im Tierpark Hellabrunn in München wegen irreparabler Schäden an der Bewehrung mithilfe einer 250 kg-Ladung gesprengt. Vorausgegangen waren intensive mehrmonatige Baustoffuntersuchungen mit dem Ergebnis, dass der Betonstahl der historischen Stahlbetonkonstruktion in weiten Teilen durch nitratinduzierte Spannungsrisskorrosion erheblich geschädigt war. In der Folge musste das Elefantenhaus wegen Einsturzgefahr gesperrt und die Kuppel bis zur Sprengung notabgestützt werden. Der vorliegende Beitrag soll an die herausragenden ingenieurtechnischen Leistungen bei der Errichtung der Kuppel erinnern sowie die Zusammenhänge und Konsequenzen der nitratinduzierten Spannungsrisskorrosion erläutern.

Nitrate induced stress crack corrosion within the cupola of the elephant's house Hellabrunn - Demolition of the historic cupola after 100 years
That was not an usual hundredth birthday party: The historic and protected elephant's house at the zoo Hellabrunn was demolished by a blast in September 2014. During the preceding months an intensive inspection of the whole structure was conducted. Results showed that a considerable part of the reinforcement was irreparably affected by nitrate induced stress crack corrosion. Therefore, the elephant's house had to be closed and a temporary support was installed. The present paper illustrates the outstanding achievements during design and erection of the elephant's house and explains the mechanisms and consequences of nitrate induced stress crack corrosion of the reinforcement.

Im Rahmen der Veröffentlichung des neuen BAW-Merkblatts MDCC [1] wurde zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit ein semiprobabilistisches Nachweiskonzept eingeführt, welches für die Bundeswasserstraßen verbindlich anzuwenden ist. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Entwicklung auch in den nationalen und internationalen Regelwerken fortsetzen wird. Was allerdings fehlt, sind praxistaugliche und gleichzeitig wirtschaftliche Prüfmethoden zur Bestimmung des Materialwiderstands, die im Rahmen von Eignungs-, Konformitäts- und Identitätsprüfungen durchgeführt werden können. Im vorliegenden Beitrag werden daher zunächst die aktuell vorliegenden Prüfmethoden zur Ermittlung des Materialwiderstands gegenüber Chlorideindringen beleuchtet (Schnellpenetrationstest RCP-Test, Schnellmigrationstest RCM-Test, Prüfung des Elektrolytwiderstands) und hinsichtlich Prüfgenauigkeit, Zeitaufwand und Praxistauglichkeit kritisch hinterfragt. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird eine neue Prüfmethode auf Basis der bestehenden RCM-Versuchseinrichtung entwickelt, die im Rahmen von Eignungsprüfungen verwendet werden kann und als Modified Chloride Migration Test (MCM-Test) bezeichnet wird. Bei diesem Test wird bei variabler Anfangsspannung während einer festgelegten Prüfdauer der Ladungsfluss bestimmt; der resultierende Materialwert wird als SCFR (Specific Charge Flow Rate)-Wert bezeichnet. Im Rahmen von 32 Versuchsserien mit 17 verschiedenen Betonen konnte gezeigt werden, dass die Korrelation zwischen dem SCFR-Wert und dem Chloridmigrationskoeffizient DRCM (RCM-Test) bzw. den Ergebnissen des RCP-Tests sehr gut ist. Für die Durchführung von Konformitäts- und Identitätsprüfungen wird die Messung des spezifischen Elektrolytwiderstands vorgeschlagen, der unabhängig von der Bindemittelkombination ebenfalls eine gute Korrelation mit dem DRCM-Wert zeigt.

Modification of the RCM test to optimize measurement precision, test duration and cost-effectiveness - Development of practice-oriented laboratory and construction site tests to prove the conformity and identity of concrete for chloride-exposed components
As part of the publication of the new “BAW-Merkblatt MDCC” [1], a semiprobabilistic concept to ensure durability was introduced for the first time. It can be assumed that this development will also continue in national and international regulations. What is missing, however, are practical and at the same time economic tests of the material resistance, which can be carried out within the framework of initial type testing, conformity testing and identity testing. In this context, the present article summarizes the currently available tests for determining the material resistance to chloride penetration (rapid penetration test RCP-Test, rapid migration test RCM-Test, test of electrolytic resistance) and critically examines them with regard to test accuracy, time expenditure and suitability for practical use. On the basis of these findings, a new testing method is developed on the basis of the existing RCM test set-up, which can be used within the scope of initial type testing and is referred to as the Modified Chloride Migration Test MCM-Test. In this test, the charge flow is determined at a variable initial voltage during a specified test duration; the resulting material value is referred to as the SCFR (Specific Charge Flow Rate) value. In 32 test series with 17 different concretes it was shown that the correlation between SCFR value and chloride migration coefficient DRCM was very good. For conformity and identity testing, a test based on electrolytic resistance measurement is proposed, which also shows a good correlation with the DRCM value regardless of the binder combination.

Das im Jahre 2016 fertiggestellte Kraftwerksprojekt Linth-Limmern in den Schweizer Alpen ist ein Schwerpunktstandort in der nationalen Energieversorgungsstrategie der Schweiz. Zentrales Element ist dabei ein unterirdisches Pumpspeicherkraftwerk in 1800 m Höhe, welches durch den ca. 700 m höheren Speicher Muttsee versorgt wird. Die Herstellung der dafür notwendigen Staumauer ist eine anspruchsvolle Bauaufgabe, die aufgrund der Massigkeit der Betonkonstruktion, der extremen alpinen Umgebungsbedingungen und der unbewehrten Bauweise mit sehr hohen Anforderungen an die Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit verbunden ist. Dies betrifft insbesondere die mögliche Rissbildung im Mauerkörper infolge von Hydratationswärmeentwicklung des Betons, die durch geeignete technologische Maßnahmen verhindert werden muss. Der nachfolgende Beitrag stellt die dafür zugrundeliegenden thermomechanischen Simulationsmodelle und die daraus abgeleiteten baupraktischen Schlussfolgerungen und Handlungsanweisungen vor. Er bildet zugleich den Auftakt für eine Reihe von weiteren Fachartikeln zur Thematik der baupraktischen Anwendung von numerischer Baustoff- und Verfahrenssimulation.

Numerical process simulation for concrete constructions - Practical application at example of concrete dam of pumped storage power station Linth-Limmern
The power station project Linth-Limmern in the Swiss Alps finished in 2016 is a focused location in the national power supply strategy of Switzerland. The central element is a subsurface pumped storage power station at a level of 1800 m which is supplied by the 700 m higher storage lake Muttsee. The erection of the necessary dam construction is a challenging task due to the massive dimensions of concrete works, the extreme alpine conditions and the reinforcement-free design requiring a high level of structural safety, usability and durability. This applies in particular to a possible crack formation due to hydration heat of the concrete which has to be prevented by adequate technological methods. The paper presented here introduces the used thermomechanical simulation models and derived practical conclusions and method statements. It is also seen as a prelude for a series of similar papers reporting about the practical application of numerical material and process simulation.

Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Fehling zu seinem 60. Geburtstag gewidmet
Querzug und Rissbildung führen bei Stahlbeton allgemein zu einer Verminderung der Druckfestigkeit. In Biaxialversuchen an bewehrten Scheiben konnte dies auch für ultrahochfesten Beton (UHFB) bestätigt werden. Dabei ist die Reduzierung der Druckfestigkeit für Feinkorn-UHFB bereits bei kleinen Querzugdehnungen deutlich ausgeprägt. Neben der Druckfestigkeit ist auch die Drucksteifigkeit von einer Abminderung infolge Querzugs und Rissbildung betroffen. Dies lässt sich an UHFB aufgrund seines weitgehend linear elastischen Verhaltens unter Druckbeanspruchung sehr gut nachvollziehen. Durch Zugabe von Stahlfasern verringert sich die Abminderung der Druckfestigkeit sowie der Drucksteifigkeit. Insgesamt fällt die Abminderung der Druckfestigkeit sowohl für faserfreien stabstahlbewehrten UHFB als auch für mit einer Kombination aus Stabstahl und Stahlfasern bewehrten UHFB kaum größer aus als für normalfesten Stahlbeton bzw. normalfesten stahlfaserverstärkten Stahlbeton. Die vorgestellten Ergebnisse erlauben die Formulierung eines Materialmodells für den infolge Querzugs gerissenen, druckbeanspruchten UHFB.

Compressive strength and stiffness of Ultra-High Performance Concrete subjected to transverse tension and cracking
Transverse tension and cracking generally lead to a reduction of compressive strength in reinforced concrete. This could also be confirmed for ultra-high performance concrete (UHPC) in biaxial tests on reinforced concrete panels. The reduction in compressive strength for fine-grained UHPC is already pronounced even with small transverse tensile strains. Besides compressive strength, the compressive stiffness is affected by a reduction due to transverse tension and cracking, too. This can be examined very well on UHPC due to its largely linear elastic behaviour under compressive loading. The addition of steel fibres minimises the reduction of compressive strength as well as compressive stiffness. Overall, the reduction of compressive strength is only little larger for both UHPC reinforced with steel bars only and UHPC reinforced with a combination of steel bars and steel fibres than for normal-strength concrete reinforced in the same manner. Based on the results presented here, a material model for cracked UHPC under compression loading may be developed.

An Verkehrsbauwerken mit nur sehr geringem Alter sind in der Vergangenheit vermehrt Schäden aufgetreten. Ursache ist die hohe Chloridbelastung durch Streusalz/Sole aus dem Winterdienst, welche chloridinduzierte Bewehrungskorrosion hervorruft. Die Instandsetzung resultierender Schäden ist nicht zuletzt aufgrund in der Regel erforderlicher Verkehrssicherungsmaßnahmen sehr kostenintensiv. Immer öfter stellt sich die Frage, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um zum einen Kosten zu reduzieren und zum anderen aber eine hohe Dauerhaftigkeit bei gleichzeitiger Robustheit der Maßnahme sicherzustellen. In diesem Zusammenhang wurden Lebenszykluskostenbetrachtungen für stark chloridbeaufschlagte Bauteile, wie Brückenkappen, Brückenmittelpfeiler, Tunnelnotgehwege, Tunnelinnenwände durchgeführt. Es wurden verschiedene Stahlgüten (konventionelle vs. nichtrostende Bewehrung) und Oberflächenschutzsysteme (OS-System vs. Tiefenhydrophobierung) sowie verschiedene Instandsetzungsvarianten (Erneuerung OS-System vs. Instandsetzung) verglichen. Für eine abschließende Bewertung relevanter Varianten wurden neben den Lebenszykluskosten zusätzlich auch die Themen “Dauerhaftigkeit” sowie “Baupraktische Gesichtspunkte” berücksichtigt.

Life cycle cost considerations for chloride exposed components of bridges and tunnels - Comparison of different repair/maintenance strategies to ensure 100-year durability
In the past, more and more damage has occurred to traffic structures of very low age. The cause is the high chloride load caused by deicing salts (dry/fluid) from winter road clearance services, which causes chloride-induced reinforcement corrosion. The repair of resulting damage is very cost-intensive, not least due to the generally necessary traffic safety measures. More and more often the question arises which possibilities can be taken in order to reduce costs on the one hand and on the other hand to ensure a high durability with simultaneous robustness. In this context, life cycle cost considerations were carried out for components with a high chloride load, such as bridge caps, bridge centre piers, tunnel emergency paths and tunnel inner walls. Different steel grades (conventional vs. corrosion-resistant reinforcement) and surface protection systems (surface protection system vs. water repellant agents) as well as different repair variants (renewal surface protection system vs. repair) were compared. For a final evaluation of relevant variants, in addition to the life cycle costs, the topics “durability” and “practical construction aspects” were also considered.

Die Gürtelbrücke (Objekt B0901) - ein hochrangiger Brückenzug in der Stadt Wien, Österreich - wurde in den Jahren 1962 bis 1964 errichtet. Rund 68.000 Fahrzeuge sind täglich auf der Verbindung über den Donaukanal unterwegs. Die Brückenkette wurde zuletzt im Zuge der Verlängerung der U-Bahn-Linie U6 Anfang der 1990er Jahre umgebaut. In den vergangenen Jahrzehnten wurden aufgrund der verkehrlichen Bedeutung und zur Vermeidung von Verkehrsbehinderungen durch Bauarbeiten nur punktuelle, unbedingt erforderliche Instandsetzungsarbeiten durchgeführt.
Die hohe Beanspruchung und der damit verbundene Erhaltungszustand erforderten aber nach 50 Jahren der Nutzung eine umfassende Brückeninstandsetzung mit einer abschnittsweisen Teilertüchtigung. Durch die Vielzahl an unterschiedlichen Brückensystemen und Baustoffen der Brückenkette waren umfangreiche statisch-konstruktive und Verkehrsmaßnahmen zur Erhaltung dieser wesentlichen Verbindung erforderlich. Die im Herbst 2012 begonnenen Bauarbeiten an der Gürtelbrücke konnten trotz widrigster Umstände bei der Bauausführung im Herbst 2015 plangemäß abgeschlossen werden. In der vorliegenden Veröffentlichung sollen die Besonderheiten aus der Planungs- und Bauphase dargestellt werden, um aus diesen Erfahrungen bei ähnlichen Projekten Nutzen ziehen zu können.

Rehabilitation and Partial Strengthening of the Gürtelbridge B0901 in Vienna
The Gürtelbridge (object no. B0901) - an important bridge connection in the city of Vienna, Austria - was built between 1962 and 1964. Around 68,000 vehicles a day are crossing the link over the Danube channel every day. The bridge chain was last rebuilt in the course of the extension of the subway line U6 in the early 1990s. In recent decades, due to the importance of traffic and to avoid traffic delays caused by construction work only punctual, absolutely necessary repair work was carried out.
However, the extensive loading and the associated state of preservation required, after 50 years of use, a comprehensive bridge repair with partial upgrading. Due to the large number of different bridge systems and building materials of the bridge chain, extensive structural and traffic measures were required to maintain this essential connection. The construction work on the Gürtelbridge, which began in the fall of 2012, was completed on schedule in the fall of 2015 despite the most adverse circumstances surrounding the construction work. In the present publication, the peculiarities of the planning and construction phase are presented in order to benefit from this experience in similar projects.