Zur Beurteilung der Korrosionsgefährdung von Stahlbetonbauteilen steht seit mittlerweile mehreren Jahrzehnten die Potenzialfeldmessung zur Verfügung. Zur Beurteilung der Betonqualität wird immer häufiger der spezifische elektrische Widerstand zugrunde gelegt. Für beide Methoden stehen zwar Messverfahren zur Verfügung, die jedoch mit unterschiedlichen Anwendungsgrenzen einhergehen. Hierzu zählen bei der Potenzialfeldmessung beispielsweise eine Anwendung an segmentierten Stahlbetonbauteilen (z. B. fehlende elektrolytische Kontinuität bei Fertigteilen) oder falls das Erstellen eines Bewehrungsanschlusses unerwünscht ist (z. B. nach einer Instandsetzungsmaßnahme oder bei kontaminiertem Beton). Die Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes erfolgt am Bauwerk üblicherweise mit einer Vier-Elektroden-Sonde nach dem Wenner-Verfahren. Infolge der hohen Leitfähigkeit der Bewehrung oder aufgrund von inhomogenen Feuchteverteilungen kann dieses Verfahren zu erheblichen Fehlinterpretationen führen.
Am Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University werden derzeit neue zerstörungsfreie Verfahren entwickelt, um diese Anwendungsbereiche auszuweiten und die Zuverlässigkeit der Diagnoseergebnisse zu erhöhen. Mit der Delta-Sonde ist es möglich, Bewehrungsbereiche mit erhöhter Korrosionsgefährdung auch ohne Bewehrungsanschluss zu lokalisieren. Zudem können kritische Bereiche durch eine kompassartige Funktion am Messgerät direkt vor Ort angezeigt werden. Mithilfe der derzeit entwickelten Widerstandstomografie soll eine genauere Bestimmung des spezifischen Betonwiderstandes ermöglicht werden. Der Vorteil liegt hierbei u. a. darin, den Einfluss vorhandener Bewehrung zu berücksichtigen und zudem Feuchteprofile im Bauteil zu visualisieren und zu quantifizieren.

New innovative methods to assess the durability of reinforced concrete structures
Since several decades the potential mapping method is available for assessing the corrosion risk of reinforcement in concrete structures. Nowadays the assessment of the concrete quality is often based on the electrical resistivity. Unfortunately the methods typically used for determining the mentioned parameters are limited regarding their application. In cases where precast reinforced concrete segments were used (e. g. lack of electrolytic continuity) or where it is not allowed to remove the concrete cover for preparing a reinforcement connection (e. g. contaminated concrete or after repair measures) the potential mapping method can be inefficient. The determination of the electrical concrete resistivity is typically based on a four electrode reading using the Wenner setup. Due to the high conductivity of reinforcement bars or due to heterogeneous humidity distributions the Wenner approach may lead to considerable misinterpretations.
To counteract these limitations and to improve the reliability of the assessment new non-destructive methods are developed at the Institute of Building Materials Research of RWTH Aachen University. The Delta-Sensor allows, even without a reinforcement connection, the localisation of areas with a high risk of reinforcement corrosion. Furthermore a compass function allows a direct localisation of critical areas on site. By means of the Electrical Resistivity Tomography the determination of the resistivity can be improved. One of the advantages is to limit the area influenced by the reinforcement and to visualize and quantify the humidity distribution in the concrete.

Bei der Belastung eines Bauteils entstehen durch die innere und äußere Schädigung elastische Wellen, die unmittelbar von den Schadensherden (Risse, Mikrobrüche) abgestrahlt werden - analog zu Erdbebenwellen. Mithilfe der Schallemissionsanalyse (SEA) und unter Verwendung geeigneter Sensoren, welche an der Oberfläche des Bauteils befestigt sind, können diese Signale aufgezeichnet und ausgewertet werden. Die Fehlstelle produziert quasi selbst das Messsignal, was als Vorteil gegenüber anderen Messverfahren (wie Ultraschall oder RADAR), die häufig nach dem Eintreten eines Schadensereignisses angewendet werden, angesehen werden kann. Schallemissionssignale werden meist im Ultraschallfrequenzbereich ausgewertet und in Fachkreisen oft auch als mikro-seismische Ereignisse bezeichnet. Im Gegensatz zur Ultraschalltechnik, bei der die Messergebnisse eher mit den geometrischen Eigenschaften eines Defektes verknüpft sind, weswegen das Bauteil in der Regel abgescannt wird, ist die Schallemissionsanalyse eng mit den irreversiblen (unelastischen) Deformationen in einem unter Last stehenden Bauteil verbunden. Ort und Charakter der Quellsignale sind daher im Gegensatz zur Ultraschalltechnik zunächst unbekannt. Eine sichere Interpretation der Schallemissionssignale wird in vielen Fällen erst möglich, wenn die Quellen dieser Geräusche (die Hypozentren) lokalisiert werden können. Der Anwendungsbereich erstreckt sich beispielsweise auf die Detektion der Rissentstehung, der Analyse des Rissfortschritts oder der Rissuferreibung. Diese Vorgänge sind oft mit einem vorangegangenen inneren Spannungsaufbau verbunden, der u. a. mechanische oder thermische Ursachen haben kann. Die SEA ist deswegen prädestiniert, Bauteile und andere Strukturen im Routinebetrieb unter Last zu überwachen. Im Folgenden werden nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen einige Beispiele für Anwendungen im Bereich Bauteildesign und Materialforschung sowie Beispiele von Anwendungen bei Messungen an Infrastrukturbauwerken aus bewehrtem Beton gegeben.

Acoustic emission monitoring applications for concrete structures
When structures are loaded they experience internal and external damage which causes the release of elastic waves. These waves radiate outward from the damage source (cracking, micro-fracture) similar to earthquakes. With sensors mounted to the surface, acoustic emission (AE) monitoring captures and analyses these signals. Compared to other techniques such as ultrasonic testing or RADAR which are typically applied after damage has occurred, in AE monitoring the damage source itself generates and thus is represented in the signal which is an advantage. Typically, the ultrasonic frequency range of AE signals - often referred to as micro-seismic events - is analyzed. In contrast to ultrasonic techniques where the recorded signals are usually associated with the geometry of a defect, which is why a member is typically scanned over an area, AE are also related to the irreversible (inelastic) deformations of a member under an applied load. Location and character of the source signals are therefore initially unknown. A reliable interpretation of AE signals is often only possible when the sources (hypocenters) can be located. Applications include crack detection and monitoring of crack propagation or crack surface friction. AE events are often related to a prior mechanical or thermal stress accumulation. AE techniques are therefore particularly well suited for in-service monitoring of structural or mechanical members. In this paper, after an introduction to the basics of the method, examples for applications in member design, material science and applications on reinforced concrete structures are presented and discussed.

Infolge der Einführung des EC 7 und dem damit verbundenen Wechsel vom Global- auf das Teilsicherheitskonzept ist das bewährte Hilfsmittel der Nomogramme nach Blum [1] zur vereinfachten Bestimmung der statisch erforderlichen Einbindetiefe von geschlossenen Baugrubenverbauten, wie zum Beispiel Spund-, Bohrpfahl- oder Schlitzwänden, nicht mehr anwendbar. Daher wurden am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen für drei unterschiedliche statische Systeme neue, auf dem Teilsicherheitskonzept beruhende Nomogramme hergeleitet.

Building pit wall - nomograms for estimating the statically required embedment
Due to the introduction of the EC 7 and the change from the global safety concept to the partial safety concept, the established and well-known nomograms of Blum [1] for a simplified estimation of the embedment depth of sheet pile walls are no longer valid. Hence, new nomograms for three different static boundary conditions based on the partial safety concept have been derived at the “Institute of Geotechnical Engineering” of RWTH Aachen University.

Schubverformungen werden bei der Berechnung von schlanken Stabtragwerken in der Ingenieurpraxis häufig vernachlässigt, da sie lediglich einen geringen Anteil der Gesamtverformung ausmachen. Bei gedrungenen Stäben können die Verformungen aus Querkräften jedoch eine relevante Größenordnung erreichen. Dieser Aufsatz stellt die Grundlagen zur Berücksichtigung der Schubverformungen in der Balkentheorie dar und leitet daraus Bemessungshilfen für die Beurteilung und Berechnung der Schubverformungen bei statisch bestimmten Systemen ab.

Shear deflections of beam structures in practical application
In the practical application of calculating slender beam structures the shear deflections are often neglected, since their portion of the total deformation is small. For deep girders however the shear deflections may reach a significant size. This paper explains the principles of shear deflections in the beam theory and gives design aids to assess and to calculate shear deflections for statically determinate systems.

Zur Bestimmung der Nachhaltigkeit von Infrastrukturprojekten existieren in der Praxis bislang nur vereinzelte Bewertungssysteme, wie das US-amerikanische ENVISION-Rating-System oder das britische CEEQUAL-Assessment-Scheme. Diese basieren auf für alle Infrastrukturmaßnahmen allgemein anwendbaren Kriterien und ermöglichen dem Anwender somit keine bauwerks- oder funktionsspezifische Nachhaltigkeitsbetrachtung. Für eine ganzheitliche und lebenszyklusumfassende Bewertung von Verkehrsbauwerken sind jedoch insbesondere eine Differenzierung hinsichtlich der Bauwerksart (z. B. Straßen, Tunnel, Brücken) sowie die Definition spezifischer Zielkriterien für die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit erforderlich. Allgemeine Kriterien müssen dabei um funktionsspezifische Indikatoren der jeweiligen Bauwerksklasse ergänzt werden, um die Besonderheiten in Planung, Bau und Betrieb über den Lebenszyklus des Bauwerks bewerten zu können. Als Ergebnis dieses Beitrags wird ein modularer Bewertungsansatz für Straßenbauwerke vorgestellt. Weiterhin werden erforderliche Systemgrenzen sowie spezifische Zielkriterien für die Bewertung der Nachhaltigkeit von Verkehrsinfrastrukturprojekten am Beispiel von Straßenbauwerken aufgezeigt.

Sustainability assessment scheme for transport infrastructure projects
In this article system boundaries for the development of a sustainability assessment scheme of transport infrastructure projects are discussed. Existing assessment methods as the ENVISION Rating System launched by the Institute for Sustainable Infrastructure (ISI) and the Harvard Graduate School of Design or the UK-based CEEQUAL Assessment Scheme base upon on general criteria which avoid a holistic sustainability evaluation. Hence, it is necessary to define specific criteria including particular requirements for each infrastructure construction type. This has to be carried out for each of the three sustainability dimensions. Especially for transport infrastructure projects sustainability requirements must be evaluated over the projects life cycle. As the result of the study a new modular assessment scheme for highways as a part of transport infrastructure projects is presented. In addition several new specific evaluation criteria for highways are introduced and explained.

Mit der innovativen Bauweise “Vorgefertigte und aufrollbare Straße” wird ein Straßenbelag aus Textilbeton mit Kurzfasern (TmK) entwickelt. Durch eine gezielte Gestaltung und Strukturierung der Oberfläche werden die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die Griffigkeit sowie die Reifen-Fahrbahngeräusche, optimiert. Grundsätzlich wird aufgezeigt, dass durch den Einsatz dieses neuartigen Belags eine deutlich verbesserte Performance bezüglich der klassischen Aufgaben einer Straßendecke erzielt werden kann. Die Erneuerung der Fahrbahnoberfläche kann innerhalb von wenigen Stunden abgeschlossen werden, sodass eine möglichst schnelle Bauausführung sowie eine frühe Verkehrsfreigabe gewährleistet werden können. Somit besteht eine sehr gute Chance, einen wesentlichen Beitrag für dauerhafte Straßen und damit zur Nachhaltigkeit im Straßenbau zu leisten.

Feasibility study on the innovative construction method of a “prefabricated and rollable road”
With the innovative construction method of a “prefabricated and rollable road” a road surface is developed with textile concrete with short fibers (TmK). Through a purposeful design and structuring of the surface, the using performances especially the skid resistance and the tyre/road noise are optimized. It is shown, that generally through the application of this innovative surface better performance can be achieved in terms of the conventional duties of a road surface. The restoration of this road surface can be accomplished within only a few hours. It can be constructed as fast as possible and the new road surface can be opened to traffic as soon as possible. Therefore, it has the potential to contribute to durable road structures and the sustainability of road engineering.

In der Bautechnik 86 (2009), Heft 9 [1] wurden Erkenntnisse zum hydraulischen Grundbruch und zur erforderlichen Einbindetiefe in homogenem, isotropem Baugrund vorgestellt. Die dafür angestellten Untersuchungen wurden für den räumlichen Fall fortgesetzt und auch auf anisotrope sowie geschichtete Böden ausgeweitet. In Summe entstanden so über 100 Bemessungsdiagramme (siehe [2]), mit denen die erforderliche Einbindetiefe für beliebige Baugrundsituationen und unter Berücksichtigung der geometrischen Randbedingungen direkt abgelesen werden kann. Auf Grundlage dieser Diagramme und der dazu durchgeführten numerischen Strömungsberechnungen wurde weiterhin eine Formel entwickelt, mit der sich alternativ zu den Diagrammen die erforderliche Einbindetiefe direkt bestimmen lässt. Die relativ einfache Grundform der Formel gilt zunächst für ebene Verhältnisse. In der erweiterten Form ermöglicht sie aber auch die Bestimmung der erforderlichen Einbindetiefe für räumliche Verhältnisse getrennt für die Ecke, die Stirn- und die Längsseite einer Baugrube. Durch zusätzliche Erweiterungen ist außerdem die Bestimmung der erforderlichen Einbindetiefe für anisotrope oder geschichtete Böden möglich. Weiterhin wurden Ansätze entwickelt, mit denen verschiedene Wichten des Baugrunds und auch ein beliebiges Sicherheitsniveau berücksichtigt werden können. Mit der Formel steht somit ein Bemessungsinstrument zur Verfügung, das in vielen Fällen aufwändige Berechnungen ersetzen kann und auch für komplizierte Baugruben oder Baugrundverhältnisse realistische Anhaltswerte für die erforderliche Einbindetiefe liefert. Insbesondere kann die Formel direkt in Rechenprogramme implementiert werden, die zur Ermittlung der statisch erforderlichen Einbindetiefe verwendet werden. Die aufwändige Iteration verbunden mit dem Wechsel vom Statik- zum Strömungsprogramm entfällt dadurch.

Hydraulic heave - Formula to determine the required embedded length
In Bautechnik 86 (2009), Vol. 9 [1] first results of the investigations on hydraulic heave and the required embedded length for homogenous, isotropic soil have been presented. These investigations have been continued for spatial conditions and have been extended to both stratified and anisotropic soil. More than 100 design charts (see [2]) have been evolved from these results. These design charts allow the determination of the required embedded length considering the soil conditions and the geometrical conditions. In addition to the numerical investigations and the related design charts a formula for the determination of the required embedded length has been developed. The basic formula is quite simple and can be used for two-dimensional conditions. However an extended formula can be used for spatial conditions, separated for the corner, the front and the long side of construction pits. Furthermore by the use of add-ons the formula allows the determination of the required length for anisotropic or stratified soil as well as for different unity weights or a variant safety-level. Hence the formula is a tool which can replace extensive calculations in many cases or can provide realistic reference values for complicated construction pits and soil conditions. Moreover the formula can be implemented into software for the determination of the statically required embedded length. Thus the effortful switchover between software for the static and flow calculation becomes lapsed.

Dieser Artikel befasst sich mit Untersuchungen an historischem Brettschichtholz unter besonderer Berücksichtigung der Einwirkung chemisch-aggressiver Medien.
Gegenstand der Untersuchung war eine fast 100 Jahre alte Salzlagerhalle in Hetzer-Bauweise. Es wurden sowohl Festigkeitsuntersuchungen im Dynstat-Verfahren als auch chemische Untersuchungen zum Salzgehalt durchgeführt.
Im Ergebnis zeigte sich, dass das untersuchte Material einer deutlich sichtbaren Veränderung infolge der Salzeinwirkung unterlag. Es konnten sowohl oberflächliche makroskopische Veränderungen als auch eine Festigkeitsreduzierung im Randbereich festgestellt werden.

Studies on the timber corrosion of historic glued laminated timber
This article presents studies on historic glued laminated timber with special reference to the effect of chemically aggressive media.
Subject of the investigation was an almost 100 year old salt warehouse in Hetzer's construction method. Strength tests in the dynstat-procedure as well as chemical investigations on the salinity were carried out.
As a result of the effect of the salt the investigated material clearly shows superficial, macroscopic alteration as well as a reduction of the strength in the outer cross sections.

Der Beitrag befasst sich mit Untersuchungen zur Festigkeit von Kaseinverleimungen von Brettschichtholz in Hetzer-Bauweise. Kaseinverleimungen treten heutzutage nur noch im Bereich von Instandsetzungsarbeiten an historischen Brettschichtholzkonstruktionen in Erscheinung.
Eine Bewertung der Ergebnisse nach der DIN EN 392:1996 erwies sich als ungeeignet, da sich diese Norm auf moderne, auf Kunstharzen basierende Klebstoffsysteme bezieht. Um dennoch eine Bewertung vornehmen zu können, wurde auf frühere Veröffentlichungen zur Festigkeit von Kaseinverleimungen bzw. Regelwerke des Holzflugzeugbaus der 1950er-Jahre zurückgegriffen.
Die Auswertung eigener Untersuchungen ergab, dass Kaseinverleimungen auch nach 100 Jahren Nutzungsdauer, insbesondere unter Wechselwirkung von Feuchtigkeit und chemisch-aggressiven Medien, eine relativ hohe Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen.

Studies on the strength of the adhesive joints of historic glued laminated timber
This paper presents a study on the strength of casein glue layers of glulam timber in Hetzer's construction method. Nowadays casein adhesive joints are only appearing in maintenance of historic glulam structures.
An evaluation of the results according to DIN EN 392:1996 proved unsuitable, as this standard relates to modern, synthetic resins based adhesive systems. Therefore earlier publications on the strength of casein glue respectively regulations for wooden aircrafts from the 1950s were utilized in order to be able to assess these kind of adhesive joints.
The results of this study revealed, that the casein adhesive joint has an relatively high loading capacity and durability even after 100 years especially under interaction of moisture and chemically aggressive media.

Flachgründungen auf verbessertem Baugrund werden in der Praxis immer häufiger als technische und wirtschaftliche Gründungsalternative zu Tiefgründungen ausgeführt. Zur Quantifizierung des möglichen Verbesserungsgrades durch den Wasserentzug von Trockenmörtelsäulen, hergestellt nach dem CSV-Verfahren, wurden an der Hochschule Konstanz umfangreiche Laborversuche durchgeführt. Ziel war es, für die Praxis Bemessungsempfehlungen zu entwickeln, auf deren Grundlage der Verbesserungsgrad analytisch abgeschätzt werden kann. Nach Erläuterung der Versuchsergebnisse wird mit einem Zahlenbeispiel ein einfaches Bemessungsverfahren vorgestellt. Neben dem durch den Wasserentzug verursachten Verbesserungsgrad kann hierin auch der durch die Verdrängung resultierende Verbesserungsanteil mit quantitativer Einschränkung berücksichtigt werden. Im Ergebnis ist eine numerische Abschätzung des Verbesserungsgrades allein mithilfe von klassischen bodenmechanischen Ansätzen möglich.

Ground improvement by the CSV method - Recommendations - based on laboratory findings - how to estimate the degree of improvement of soil properties by dry mortar pillars
Increasingly, shallow foundations on improved ground are implemented as technical and economical alternatives to deep foundations. In order to quantify the degree of possible improvement by dehydrating dry mortar columns with the CSV method, extensive laboratory tests were performed at the University of Konstanz. The goal was to develop design recommendations for practical use enabling the analytical estimation of the degree of possible improvement. After discussing the experimental results, a simple design method is introduced using a numerical example. Besides the improvement caused by dehydration, the degree of improvement due to displacement can also be considered with a quantitative restriction. As a result, a numerical estimate of the degree of improvement is possible by solely using classical soil mechanics approaches.

Für schlanke Pfähle, die teilweise frei bzw. im Wasser stehen oder nur durch weiche Bodenschichten seitlich gestützt werden, ist der Nachweis der Tragfähigkeit gegen Biegeknicken zu führen. Ausgehend von den Werkstoffen gelten z.B. für Pfähle, welche die Einwirkungen überwiegend durch Querschnitte aus Stahl in den Untergrund abtragen, die Regeln der DIN EN 1993 für die Nachweise der inneren Tragfähigkeit. In diesem Beitrag wird die Ermittlung des Biegeknickwiderstandes stabilitätsgefährdeter Pfähle unter Verwendung des Nachweisformates gemäß DIN EN 1993 erläutert. Dabei ergibt sich das Problem, dass besonders Vorgaben zur anzusetzenden Imperfektion den Biegeknickwiderstand deutlich reduzieren. Die resultierenden Ergebnisse führen im Vergleich zum Erfahrungsschatz von Geotechnik-Ingenieuren zu deutlich geringeren Pfahlwiderständen, was einen höheren Aufwand bei dieser Bauwerksgründung nach sich zieht. Es wird daher empfohlen, im Zweifelsfall die Möglichkeit der versuchsgestützten Bemessung mit Pfahlprobebelastungen heranzuziehen, um den Bemessungswert des Biegeknickwiderstandes zu ermitteln.

Flexural Buckling Resistance of Micropiles according to the Eurocodes
The analysis of sufficient resistance against flexural buckling is required for slender piles with only partial lateral support due to their embedment in water or layers of soft soil. The design code used for checking the inner load carrying capacity is dependent on the materials making up the pile cross section. For example the rules of DIN EN 1993 apply for the design of piles mainly consisting of a steel section. This paper illustrates the calculation of the resistance against flexural buckling using the specifications according to DIN EN 1993. Thereby the problem arises that requirements regarding imperfections reduce the buckling resistance strongly. The resulting design value of the pile resistance is therefore well below the established experience of geotechnical engineers, resulting in higher construction costs. When in doubt, it is thus recommended to conduct pile load tests in order to obtain an experimental, statistically evaluated design value of flexural buckling resistance.

Im vorliegenden Beitrag wird einleitend der wissenschaftliche Kenntnisstand zum Tragverhalten in der Stahl-Sand-Kontaktfläche sowie zum plastischen Spannungs-Dehnungsverhalten von sandigen Böden unter zyklischer Belastung beschrieben. Darauf aufbauend wird ein nichtlinearer Berechnungsansatz zur Erfassung des veränderlichen Tragverhaltens von Stahlrammpfählen unter zyklisch-axialer Belastung formuliert und numerisch realisiert. Darin werden die drei maßgeblichen Einflussfaktoren, das Tangentialgleiten in der Kontaktfläche, die Akkumulation der plastischen Schubverzerrungen und die Verringerung der Normalspannung des sandigen Bodens im Pfahlnahbereich, berücksichtigt. Die erste Validierung wird mithilfe eines Modellversuches aus der Literatur durchgeführt.

Bearing capacity degradation of driven steel piles under cyclic-axial loading
In this contribution, the scientific background of the bearing capacity of the sand-steel interface and of the plastic stress-strain-behaviour of sand soils under cyclic loading is firstly described. Upon this, a nonlinear calculation approach is formulated and implemented by using numerical method for predicting the bearing capacity degradation of driven steel piles in sandy subsoil under cyclic-axial loading condition. In this procedure, three controlling factors namely slip on pile-sand-interface, accumulation of plastic shear strain and the decrease in lateral effective stress of surrounding sand soils are taken into consideration. With the help of a model test reported in literature, the applicability of the developed calculation approach is checked.

Bei der Bemessung einer Kaikonstruktion ist die Berechnung des aktiven Erddrucks hinter einer Spundwand eine häufige Fragestellung. Messungen und FE-Analysen haben gezeigt, dass der Erddruck auf die vordere Spundwand durch die Verdübelung des Bodenkörpers von den hinter der Spundwand stehenden Pfahlreihen abgeschirmt wird. Bei den konventionellen Berechnungen wird die Verdübelungswirkung der Pfahlreihen rechnerisch durch eine Erhöhung des Reibungswinkels berücksichtigt. Mittels eines kleinmaßstäblichen Versuchsstandes, der am Institut für Geotechnik und Baubetrieb der TU Hamburg-Harburg steht, werden Erkenntnisse über den Mechanismus der Erddruckabschirmung gewonnen. Abschließend wird ein Ansatz zur Evaluation der Erddruckabschirmung vorgestellt.

Active earth pressure shielding in quay wall constructions: physical modeling and an analytical approach
Designing a quay wall construction the calculation of the active earth pressure behind the sheet pile wall is often a problem. Measurements and FE-analyses have shown that the earth pressure is shielded from the sheet pile wall due to the dowel effect of the pile rows behind the sheet piling. In conventional calculations a higher friction angle is used to take the dowel effect into account. Small-scaled model tests have been carried out to investigate the failure mechanisms of the earth pressure shielding. Based on the results an analytical approach is developed to estimate the shielding effect of the pile rows.

Durch experimentelle Untersuchungen in einem hierzu entwickelten Wärmeleitungs- und Wärmeströmungslaborversuchsstand wurde eine umfangreiche Datenbasis zu grundwasserdurchströmten geothermischen Systemen geschaffen. Mithilfe von experimentellen Felduntersuchungen konnte die Übertragbarkeit der Datenbasis auf geothermische Systeme in-situ festgestellt werden. Durch ein anhand der experimentellen Daten kalibriertes und validiertes numerisches Modell konnte die geschaffene Datenbasis mit numerischen Untersuchungen über die experimentellen Untersuchungsgrenzen erweitert werden. Anhand der Datenbasis wurden Empfehlungen zur Berechnungsgrundlage für die Auslegung geothermischer Systeme unter Berücksichtigung der Filtergeschwindigkeit des Grundwassers entwickelt. Die Zunahme der effektiven Wärmeleitfähigkeit von Sanden in Abhängigkeit der Filtergeschwindigkeit des Grundwassers wurde ergänzend zu aktuellen Empfehlungen [1] für schwach wasserführende, wasserführende und stark wasserführende Sande erfasst.

Investigation of the heat transport mechanisms of shallow soils under groundwater flow
An extensive database of groundwater influenced geothermal systems was developed by experimental investigation with a constructed conduction and convection laboratory device. The transferability of the database to geothermal systems in-situ was proofed via experimental investigation in geothermal field tests. By the means of a numerical model, which was calibrated and validated with the experimental database, an extension of the experimental investigation range was reached. With help of the database recommendations for the dimensioning of groundwater influenced geothermal systems were given. The increase of the effective thermal conductivity of sands due to groundwater flow was determined for weakly aquiferous, aquiferous and strongly aquiferous sands in addition to [1].

Die Nutzungsdauer bestehender Brückenbauwerke wird neben Korrosionseinflüssen hauptsächlich durch die vorangegangenen, die gegenwärtigen sowie durch die prognostizierten ermüdungsrelevanten Beanspruchungen bestimmt. Diese resultieren in erster Linie aus den verkehrenden Schwerlastfahrzeugen. Voraussetzung, um Aussagen über die Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit von Straßenbrücken treffen zu können, ist die realistische Abbildung der Einwirkungen aus dem Schwerverkehr. Informationen zur Schwerverkehrszusammensetzung, dem durchschnittlich täglichen Schwerverkehrsaufkommen sowie zu den Achs- und Fahrzeuggesamtgewichten können für einen festgelegten Standort mithilfe von Weigh-In-Motion-Systemen ermittelt werden. Ein solches System, bestehend aus optischen und taktilen Messeinrichtungen, wurde an den Überbauten sowie an den Fahrbahnübergangskonstruktionen von zwei Bestandsbauwerken realisiert. An Auszügen aus den Mess- und Auswerteergebnissen wird dargestellt, dass der aktuelle Verkehr auch auf diese Weise quantifiziert werden kann.

Identification of traffic loads by measurements at expansion joints
The service life of existing bridges depends on the previous, present and predicted fatigue stresses. These are primarily caused by passing heavy gross vehicles. Prerequisite for statements about the reliability and durability are realistic load models of heavy traffic. Information about the heavy traffic conditions, the average daily traffic volume and the axle loads and gross vehicle weights of the heavy gross vehicles can be determined by Weigh-In-Motion systems. Such a system consisting of optical and tactile measuring devices has been realized at the superstructure and the expansion joint of two existing bridge structures. Extracts of the measurement and evaluation results will be presented to show that current traffic loads can also be quantified in this manner.

Am Beispiel einer Bahnbrücke wird eine mögliche Vorgehensweise zur Tragsicherheitsbewertung bestehender Mauerwerksgewölbebrücken vorgestellt. Das betreffende Bauwerk sollte trotz höherer Nutzungsanforderungen erhalten und weiter genutzt werden. Eine Nachrechnung mit konventionellen Stabwerksmodellen wurde als nicht Erfolg versprechend angesehen. Mithilfe nichtlinearer Finite-Elemente-Simulationen konnten jedoch Tragreserven erschlossen werden. Um das Tragverhalten möglichst wirklichkeitsnah nachzubilden, fand für das Mauerwerk ein bruchmechanisches Materialmodell Anwendung und der an das Bauwerk angrenzende Boden wurde in das Finite-Elemente-Modell einbezogen. Die im Grundriss gekrümmte Brückenachse sowie verkehrs- und baulich bedingte Außermittigkeiten erforderten eine dreidimensionale Modellierung. Mithilfe der numerischen Simulationen war es möglich, die Tragsicherheit der Brücke bei zukünftig vorgesehenen Schwerlasttransporten nachzuweisen und mögliche Ursachen für am Bauwerk vorhandene Schäden aufzuzeigen.

Safety evaluation of a masonry arch bridge by nonlinear finite element simulations
Using the example of a railway bridge, a procedure for the safety evaluation of existing masonry arch bridges is presented. The investigated bridge was to be preserved and utilized under increased usage requirements. A conventional frame-work based analysis was not considered to be a promising approach for this particular problem. By nonlinear finite element simulations, however, it was possible to reveal an additional load-carrying capacity. In order to simulate the mechanical behavior of the structure as realistic as possible, the adjacent soil was incorporated in the finite element model. Nonlinear material laws were used for both masonry and soil. For the masonry, the smeared crack approach of nonlinear fracture mechanics has been adopted. The curved bridge axis, lateral loads, and eccentricities of the vertical loads required a 3D modeling. The simulation results allowed to prove structural safety even under exceptional traffic loads anticipated for the future. In addition, possible causes for the existing damage pattern could be identified.

Für einen dauerhaften Schutz von Bauwerksoberflächen im Wasserbau mit gleichzeitiger Rissüberbrückungsfähigkeit wurde im Rahmen von Forschungsarbeiten am Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University eine innovative und dauerhafte Schutzschicht aus Textilbeton entwickelt. Diese ist mit sogenannten technischen Textilien bewehrt und mörtelbasiert. Aufgrund der Verwendung ausgewählter Materialien ermöglicht diese Schutzschicht eine dauerhafte, wasserundurchlässige und rissüberbrückende Instandsetzung. Das Material wird im Folgenden als DURTEX bezeichnet (DURTEX: dauerhafter, wasserundurchlässiger, rissüberbrückender Textilbeton). Die Anwendung kann bei Bauwerken aus verschiedenen Baustoffen, wie z.B. Stahlbeton- oder Natursteinbauwerken, erfolgen. Die vorliegende Veröffentlichung stellt sowohl das Konzept der Schutzschicht aus DURTEX und aktuelle Forschungsergebnisse als auch die praktische Umsetzung an einem Wehrbauwerk des Neckars dar.

Textile reinforced concrete layers for a durable protection of building surfaces in hydraulic constructions
An innovative and durable protective layer for concrete surfaces with simultaneous crack-bridging properties was developed during research at the Institute of Building Materials Research, Aachen University. This layer is composed of cement mortar and is reinforced with textile structures. The combination of these materials allows a durable, waterproof and crack-bridging repair. This innovative layer has been named DURTEX (in German DURTEX: durable, waterproof, crack-bridging textile reinforced concrete). The following paper presents the concept behind DURTEX, recent research results and the repair concept on the weir Horkheim.

Die Auswertung von Schäden an weitgespannten Holztragwerken zeigt als überwiegend festgestelltes Schadensbild ausgeprägte Rissbildungen in Klebefugen und Lamellen von Brettschichtholzbauteilen. Ein wesentlicher Anteil an der Entstehung dieser Schäden wird starken klimatischen Schwankungen innerhalb von Gebäuden und den damit verbundenen Schwind- und Quellvorgängen in den Holzbauteilen zugesprochen. Im Hinblick auf diesen Sachverhalt wurden mittels Langzeitmessserien klimatische Bedingungen in für den Holzbau typischen Gebäudetypen und -nutzungen sowie den daraus resultierenden Holzfeuchten in unterschiedlichen Bauteiltiefen ermittelt. Die gemessenen Holzfeuchten ermöglichen Rückschlüsse auf die Größe und Geschwindigkeit ihrer jahreszeitlichen Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen. Ein Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Nutzungen bestätigt die erwartete große Bandbreite der möglichen klimatischen Bedingungen in Gebäuden mit Holztragwerken. Die Ergebnisse erlauben die Angabe von Bereichen sich einstellender Ausgleichsfeuchten in Abhängigkeit der konkreten Nutzung, wodurch ein Einbau des Holzes mit einer vorher angepassten Holzfeuchte ermöglicht wird. Sie unterstützen zudem die Entwicklung entsprechender Monitoringsysteme, die z.B. in Form von Frühwarnsystemen auf Basis von Klimamessungen eingesetzt werden könnten. Es werden konkrete Vorschläge für die praktische Anwendung der Forschungsergebnisse gegeben.

Building Climate - long-term measurements to determine the effect on the moisture gradient in large-span timber structures
The evaluation of damages in large-span timber structures indicates that the predominantly observed damage pattern is pronounced cracking in the lamellas of glued-laminated timber elements. A significant proportion of these cracks is attributed to the seasonal and use-related variations of the internal climate within large buildings and the associated inhomogeneous shrinkage and swelling processes in the timber elements. To evaluate that matter, long-term measurements of climate data and timber moisture content were generated in large-span timber structures in buildings of typical construction type and use to draw conclusions on the size and speed of adjustment of the moisture distribution to changing climatic conditions. A comparison of the results of the individual types of building use confirms the expected large range of possible climatic conditions in buildings with timber structures. They allow for a more precise indication of range of resulting equilibrium moisture content for the specific use, enabling the installation of timber elements with adjusted moisture content. They also support the development of suitable monitoring systems which could be applied in form of early warning systems on the basis of climate measurements. Proposals for the practical implementation of the results are given.

Die thermische Nutzung des Untergrunds mithilfe von erdberührenden Bauteilen findet in den letzten Jahren immer weitere Verbreitung. Ausführungsbeispiele finden sich z. B. für Energiepfähle, Energieschlitzwände, Energiebodenplatten oder Energietunnel. Am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen (GiB) wurden in diesem Zusammenhang thermo-aktive Abdichtungselemente entwickelt und in ersten großmaßstäblichen Laborversuchen erprobt.
Für eine effiziente Anlagenauslegung ist die wirklichkeitsnahe Beschreibung des Wärmeübergangs zwischen Bauteil und Untergrund von entscheidender Bedeutung. Während für rotationssymmetrische Systeme in der Praxis erprobte Ansätze existieren, fehlen für flächige Bauteile entsprechende Formulierungen. Am GiB wurde daher in Zusammenarbeit mit der Geophysica Beratungsgesellschaft mbH ein Berechnungsmodul für flächige Bauteile entwickelt, welches alle relevanten Wärmeübergangsvorgänge über eine Sternschaltung von Widerständen zusammenfasst. Das Modul wurde als Flächenelement in das Finite-Differenzen-Programm Shemat-Suite implementiert, welches sich bereits für die Simulation von geothermischen Anlagen bewährt hat. Durch diese Kopplung können alle (Strömungs-)Vorgänge im Untergrund und im geothermischen System abgebildet werden. Die Rechenzeiten sind jedoch im Vergleich zu reinen numerischen Simulationen - bei denen das Bauteil vollständig diskretisiert werden muss - deutlich reduziert.

Thermal resistance for plane thermo-active geotechnical systems using the example of thermo-active seal-panels
The use of geothermal energy with thermo-active geothermal systems has been constantly increasing over the last years. There are examples for Energy-Piles, Energy-Diaphragm-Walls or Energy-Slabs documented. The chair of Geotechnical Engineering (RWTH Aachen University) has developed thermo-active seal panels, which are based on the principle of thermo-active structures made of concrete. The seal panels were tested in large-scale laboratory tests showing very satisfying results.
The realistic description of the heat transfer between soil and structural element is paramount for the design of a geothermal plant. Regarding rotationally symmetric systems there are several modeling tools. In contrast, there are no comparable models for plane elements documented. Therefore, the chair of Geotechnical Engineering, in cooperation with Geophysica Beratungsgesellschaft mbH, developed a mathematical model, which includes all important parameters. The different heat transfer processes are summed-up to a thermal resistance model, which is implemented in a Finite Difference Code (Shemat-Suite).

Membrankonstruktionen werden in der modernen Architektur zunehmend als Dach- und Fassadenkonstruktion eingesetzt. Besonders ETFE-Folien (Ethylen-Tetrafluorethylen) eignen sich aufgrund ihrer hohen Transparenz und ihres geringen Gewichts als Substitut für Glas, wenn es darum geht, große Flächen freitragend und transparent zu überspannen.
Gerade in jüngerer Zeit werden durch prestigeträchtige Bauten, wie die Allianz-Arena in München (Bild 1), Membranen auch in der Öffentlichkeit vermehrt als eigenständiger Baustoff wahrgenommen, mit dem sich vollständige Gebäudefassaden realisieren lassen. Neben offenen Anlagen, wie Fußball-Arenen, werden aber auch zunehmend geschlossene Gebäude mit Membrankissen-Hüllen realisiert. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der sogenannte “Water Cube” - das National Aquatics Center in Peking, das anlässlich der Olympischen Spiele 2008 errichtet wurde. Der steigende Markterfolg ist vor allem dem neuartigen und optisch ansprechenden Charakter sowie dem geringen Gewicht solcher Konstruktionen zuzuschreiben.
Bei allen Vorteilen, die der konstruktive Membranbau mit transparenten Folienkissen bietet, sind noch zahlreiche bauphysikalische Fragen ungeklärt. Insbesondere für eine fundierte und gesicherte wärmetechnische Beurteilung fehlen bislang angepasste Bemessungsverfahren und normative Festlegungen, die den Besonderheiten von Membrankonstruktionen Rechnung tragen. Für die geforderten Nachweise werden deshalb meist Prüfverfahren und Vorschriften aus anderen Baubereichen herangezogen, die oft nicht oder nicht ausreichend dafür geeignet sind.

Thermo-technical characteristics of membrane cushion constructions
Membrane structures are increasingly used in modern architecture as a roof and facade construction. Especially ETFE foils (ethylene-tetrafluoroethylene) are suitable as a substitute for glass to span large areas due to their high transparency and low weight.
Particularly in recent times, due to prestigious buildings, such as the Allianz-Arena in Munich (Fig. 1), membranes are increasingly perceived as a separate building material to realize full building facades. Apart from open buildings, such as football stadiums, more and more closed buildings are realized with membrane cushion covers. A well-known example is the so-called “Water Cube” - the National Aquatics Center in Peking, which was built for the 2008 Olympic Games. The increasing market success can be attributed mainly to the novel and visually appealing character and the light weight of such constructions.
In spite of all the benefits that such membrane constructions provides, numerous building physical questions remain still unanswered. Especially for a basic and reliable heat-technical assessment adapted design methods and standards are missing, which take the specific characteristics of membrane structures into account. For required proof tests therefore procedures and standards are used from other construction areas, which are often not suitable or not sufficient for it.

Extradosed Brücken, von relativ flachen Seilen getragene steife Trägerbrücken, sind im Spannweitenbereich zwischen 100 und 200 m eine wirtschaftliche Alternative zu Betonhohlkastenträgern einerseits und Schrägseilbrücken anderseits. Während die Seilkräfte von Schrägseilbrücken mit schlankem Stahlbetonüberbau in der Regel so eingestellt werden, dass sie fast die ganzen ständigen Lasten tragen und der Überbau sich dann wie ein Durchlaufträger auf starren Stützen verhält, müssen Extradosed Brücken mit ihrem schweren und steifen Überbau anders behandelt werden. In diesem Artikel werden die typischen Eigenschaften der Extradosed Brücken beschrieben und gezeigt, wie deren Seilkräfte und der Verlauf der Biegemomente im Überbau unter ständigen Lasten einfach und wirtschaftlich eingestellt werden können. Auch die zusätzliche Anordnung von Spanngliedern im Überbau zur weiteren Reduktion dieser Momente im Brückenträger wird behandelt.

Extradosed bridges
Extradosed bridges with their flat/shallow stay cables and stiff decks are an economic alternative to box girder bridges and cable-stayed bridges for spans of 100 to 200 m. The structural system of extradosed bridges is considered also as a transition between the structural systems of the box girder bridges and the cable-stayed bridges. The stay cables for extradosed bridges are normally designed to carry nearly the full permanent load and the deck behaves as a continuous beam on rigid supports. The method, used usually for the determination of the stay cable forces under permanent load for cables-stayed bridges, cannot be followed for the extradosed bridges with their heavy and stiff decks. The typical configurations for such type of bridges will be presented in this paper. Further, a simple and an economic method for the determination of the stay cable forces and the corresponding bending moment distribution along the deck elements under permanent load, for extradosed bridges, will be proposed. Additionally, the arrangement of the prestressing tendons inside the concrete deck elements, to nearly eliminate the bending moments under permanent load, will be consistently handled.

Dynamische Einwirkungen haben auf die Lebensdauer von zahlreichen Strukturen und Systemen einen signifikanten Einfluss. Die Wechselwirkungen zwischen dynamischen Einwirkungen, wie z.B. aus Wind, Fußgängern und Verkehrslasten im Allgemeinen, und Strukturen können die dynamischen Strukturantworten bedeutend erhöhen und die erlaubten Grenzzustände im Betrieb maßgebend überschreiten. Das Ziel dieses Beitrags ist die detaillierte Diskussion der Dämpfungseigenschaften von Tuned Liquid Column Dampers (TLCD) für Rotations-schwingungen von Pendelsystemen. Insbesondere ist die detaillierte Diskussion und Präsentation der experimentell ermittelten Dämpfung der TLCD in Bezug auf die dynamischen Faktoren eines Pendelsystems von Interesse.

Reduction of pendulum oscillations in engineering by using Tuned Liquid Column Dampers
Dynamic effects have a significant impact on lifetime of structures. The interaction between a structure and several dynamic effects such as wind, pedestrians and traffic loads in general, can lead to a significant increase of the dynamic structural response. The objective of this contribution is the detailed discussion of the damping performance of Tuned Liquid Column Dampers (TLCD) for rotational oscillated pendulum systems. In particular, the goals are the detailed discussion and presentation of the experimentally determined damping performance of TLCD's with respect to the dynamic factors of pendulum systems.

Dieser Beitrag behandelt rechnerische Untersuchungen zu einem neuartigen Verbindungskonzept für Fachwerkträger im Ingenieurholzbau. Das Konzept sieht vor, die Stabkräfte mithilfe von passgenauen Knoten aus Vergussbeton zu übertragen. Die Untersuchungen umfassen dreidimensionale Finite-Elemente-Modelle, die zur Bestimmung der Spannungsverteilungen am Fachwerkknoten verwendet werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden in ein einfaches Stabwerkmodell überführt, das in der Lage ist, die Schnittkräfte und das Verformungsverhalten der Träger zutreffend zu bestimmen. Damit verfügt der Ingenieur über ein einfaches Werkzeug zur Bemessung derartiger Konstruktionen. Die erforderlichen Nachweise werden in einem Bemessungskonzept zusammengefasst.

Timber trussed girder with concrete joints - Calculative investigations and design concept
This article deals with calculative investigations on a novel connection concept for trussed girders in engineered timber structures. The forces between struts and ties are transferred by casted concrete blocks. The presented investigations include three-dimensional finite element models for determining stress distributions at the joints. Based on the results of the numerical model a simple strut-and-tie-model is developed for determining the internal forces and the deformation behavior of respective trussed girders. This provides a simple tool for the engineer to design such structures. The necessary static verifications are summarized in a design concept.

Die seismische Auslegung von unterirdischen Bauwerken wird durch Verformung des Bodens und die Boden-Bauwerk-Interaktion gesteuert, wobei die kinematischen Effekte gegenüber den Trägheitseffekten dominieren. Verfügbare Methoden der numerischen Berechnung für die 2D-Antwort in Querrichtung werden für eine Fallstudie, welche die Stationen und die Tunnelröhren einer U-Bahnlinie in einem Erdbebengebiet betrifft, angewandt. Zwei Kontinuum-Ansätze werden betrachtet: a) dynamische Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich und b) quasi-statische Methode. Schnittkräfte in den Bauwerken werden für ein typisches Erdbeben bestimmt, sie werden gegenübergestellt und mit Ergebnissen aus der statischen Berechnung der Baugrube und der Tunnelröhren verglichen.

Case study on the seismic design of the stations and the tunnels of a subway line in soft ground
The seismic design of underground structures is controlled by ground deformation and soil-structure interaction, whereby kinematic effects dominate over inertia effects. Available methods of numerical analysis for the 2D response in the transverse direction are applied for a case study referring to the stations and the inter-station tunnels of a metro-line in a seismic region. Two continuum approaches are considered: a) time-domain dynamic finite-element and b) quasi-static analyses. Sectional forces are determined for a typical earthquake shaking. They are compared against each other and to those obtained from the static design of the excavation support.

Im 19. Jahrhundert wurden grafische Methoden - 1866 von Carl Culmann als “Graphische Statik” systematisiert und publiziert - dazu benutzt, den Zusammenhang zwischen geometrischer Form und innerem Kräftefluss genauer zu untersuchen. Diese Methoden wurden mehr und mehr durch analytische Verfahren ersetzt, da in den aufstrebenden Ingenieurwissenschaften die leichter zu verarbeitende numerische Berechnung, in Kombination mit physikalischen Experimenten, an Bedeutung gewann, wodurch ein Bedürfnis nach numerischer “Präzision” bestand. Heutzutage können mithilfe von digitalen Werkzeugen auch komplexe dreidimensionale Geometrien dargestellt werden und somit taucht in der Architektur wieder das Interesse an der grafischen Statik auf. Dieses Interesse gründet auf der einfachen und mathematisch präzisen Herangehensweise der grafischen Statik, mit deren Hilfe der Zusammenhang von Kraft und Form diskutiert werden kann. Die laufende Forschung an der ETH Zürich zur Erweiterung der grafischen Statik in die 3. Dimension hat einerseits das Ziel, Limitierungen des zweidimensionalen Culmann'schen Ansatzes zu überwinden, andererseits eine vektorgeometrische, visuelle und damit synthetische Methode zur Untersuchung von dreidimensionalen Kräfteflüssen zu generieren. Dabei ist wichtig, dass der Fokus auf der Betrachtung der Resultierenden und der Erforschung von deren Enstprechung im Raum liegt.

On the extension of graphical statics into the 3rd dimension
In the 19th century methods of graphical statics - systematized and published by Carl Culmann in 1866 - were used to study in more detail the relationship between form and the flow of forces. Historically, they were superseded by analytical methods, due to the relative ease of numerical calculations and the increasing importance of experimentation by the developing discipline of engineering with its need for precision. Nowadays, however, with the availability of digital tools and the possibility of visualization of geometry in 3D space, there is a re-emerging interest in graphic statics within the design process. Therefore, a visual dialogue about the flow of forces based on graphic statics should be fostered because these methods offer a simple yet precise way to discuss the geometrical dependency of form and forces. The research is part of an ongoing process to extend the methods of graphic statics to the third dimension in order to overcome, on the one hand, some of the limitations of Culmann's approach and on the other, to generate a geometrical, visual and thus synthetic method for exploring 3D equilibrium. The focus is on the resultant and on the likeness in space.