Der Erdwärmesonden-Schadensfall Staufen i. Br. zeigt in deutlicher Weise Gefährdungen auf, die bei stockwerksübergreifenden Erdwärmesonden-Bohrungen mit Potenzialunterschieden der angetroffenen Grundwasserstockwerke auftreten können. Durch Grundwasserströmung kam es im Ringraum der Erdwärmesonden-Bohrungen zu einem Austrag von Abdichtungsmaterial. Dies führte in einer oder mehreren Ringraumabdichtungen zum Misslingen der erforderlichen Stockwerkstrennung. Wasserzutritte in ehemals trockene, quell- und schwellfähige Gebirgsabschnitte verursachten das “Gipskeuperquellen”. Diese Wasserzutritte konnten durch schadensbegrenzende Maßnahmen (Nachverpressung der Erdwärmesonden, Dauerabsenkung des Druckwasserspiegels) unterbunden werden. In quellfähiges Gebirge eingedrungenes Wasser lässt sich jedoch weder mit hydraulischen noch anderen Maßnahmen rückgewinnen. Von daher werden die Geländehebungen so lange andauern, bis das eingedrungene Wasser durch den Quell-/Schwellprozess restlos aufgezehrt ist. Die eingeleiteten schadensbegrenzenden Maßnahmen zeigten Erfolg. Dadurch konnten die maximalen Hebungsgeschwindigkeiten von anfangs 11 mm/Monat auf derzeit ca. 3, 5 mm/Monat reduziert werden. Die Hebungsmessungen seit Herbst 2012 deuten darauf hin, dass die bisher zu beobachtende lineare Prozessverlangsamung nicht unverändert anhält. Durch eine Modellierung wurde deutlich, dass die Pumpmaßnahme zur Vermeidung von erneutem Auftrieb und weiteren Quellvorgängen fortgeführt werden muss.

Investigation and remediation strategies for the damaging event caused by failed borehole heat exchanger drillings in Staufen i. Br.
The effects of failed borehole heat exchanger drillings in the German town Staufen i. Br. show distinctly the hazards, which can arise from borehole heat exchanger drillings spanning multi groundwater storeys with potential difference of the penetrated groundwater storeys. Groundwater flow induced the discharge of annular sealing in the annulus of the borehole heat exchanger drilling. Under the encountered hydrological boundary conditions, this caused the failure of the required separation of the groundwater storeys in one or more annular sealing. Water influx in previously dry, swellable geological layers caused the so-called “Gipskeuperquellen” (swelling of the gypsum-containing Upper Triassic Grabfeld formation). This water influx could be suppressed by damage-limiting measures (post-grouting of the borehole heat exchanger, permanent groundwater lowering). It is not possible to reclaim water that ingressed into swellable geological layers neither by hydraulic nor by other measures. Thus, the ground heave will continue until the ingressed water is completely exhausted by the swelling process. The initiated damage-limiting measures succeed. As a result, the maximum heave rate has decelerated from 11 mm/month at the beginning to currently approximately 3.5 mm/month. Since autumn 2012, the ground heave measurements indicate, that the linear deceleration of the process observed until now does not continue unchanged. By modelling it became clear, that the groundwater pumping has to be continued to avoid more uplift and further swell processes. Experiences from the case Staufen i. Br. show impressively, that a thorough pre-investigation immediately followed by the initiation of defensive/control measures are absolutely necessary in case of damaging events caused by failed borehole heat exchanger drillings.

In diesem Beitrag wird über den Inhalt und die Hintergründe der neuen DIN 1055-6 “Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter” berichtet. In enger Anlehnung an die europäische Norm EN 1991-4 wurde die Ermittlung der Lasten an die neue Sicherheitsphilosophie entsprechend DIN 1055-100 angepaßt. Teilweise wurden neue Lastansätze eingeführt, teilweise vorhandene Ansätze der Vorgängernorm modifiziert oder erweitert. Davon sind insbesondere die ungleichmäßigen Lasten bei dünnwandigen Silos, die Lasten bei niedrigen und mittelschlanken Silos, die Trichterlasten und die Entleerung mit großen Exzentrizitäten betroffen.

Teil 3 berichtet über die Wiederherstellung der Lage- und Auftriebssicherheit. Hierzu mußte die Wasserhaltungsanlage instandgesetzt und die vorhandenen Hohlräume bis über 50 cm Höhe unter der Bodenplatte unter Berücksichtigung von Verformungskriterien kraftschlüssig verpreßt werden.

Für rotationssymmetrische Silozellen mit exzentrischer Entleerung geben die derzeit noch gültige DIN 1055-6 und die bald maßgebliche DIN EN 1991-4 Lastansätze vor, die für eine Siloschale zu einer sehr ungünstigen Beanspruchungskombination von Biegung, Quer- und Längszugkräften führt. In diesem Beitrag werden die Hintergründe der Lastansätze erläutert und auf Besonderheiten bei der Bemessung in der Anwendung der einschlägig zur Verfügung stehenden Bemessungsnormen hingewiesen.

Remarks to the Design of Concrete Silos with large Discharge Eccentricities according to DIN EN 1991-4
Where large eccentricities of discharge occur in circular silo bins DIN 1055-6:2005 and DIN 1991-4 define special different load cases resulting in a very unfavourable design situation with bending, tensile and shear forces. In this paper special background information are given of the loading rules and due to the specifics in using the existing relevant design codes.

Kritische Zwangspannungen in dicken Betonbauteilen entstehen vor allem im jungen Alter, wenn sich die mechanischen Eigenschaften des Betons noch entwickeln und sich gleichzeitig die Hydratationswärme des Betons und die Temperatureinwirkung von außen ungünstig überlagern. Mit dem vorgestellten experimentell gestützten FE-Berechnungsmodell wurden solche Temperaturspannungen bestimmt und konnten im Bauteilversuch durch direkt gemessene Spannungen validiert werden. Die Spannungsberechnung ermöglicht so im praktischen Anwendungsfall die Vorausbestimmung der Zwangspannungen infolge Temperatur und die Auswahl geeigneter Maßnahmen zur Verringerung der Rißgefahr.

Der Einfluss von Wasserdruck auf den Transport von Feuchte durch Beton wurde untersucht. Dazu wurden die Aufnahme von drückendem Wasser und die Feuchteabgabe an der gegenüberliegenden trockenen Seite von Betonzylindern unterschiedlicher Höhe über einen Zeitraum von 500 Tagen gemessen. Zusätzlich wurde H1 Kernspinresonanz (NMR) eingesetzt, um direkt Wassereindringprofile in Mörtelprismen zu beobachten.
Den Untersuchungen zufolge wird sowohl die Eindringtiefe als auch die Menge des aufgenommen Wassers durch die Selbstabdichtung des Betons begrenzt. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Feuchtetransport durch Bauteile aus WU-Beton mit einer Dicke von mindestens 200 mm auch bei der Wirkung einer Druckwassersäule von 50 m vernachlässigbar gering ist. Ist ein Bauteil einer drückenden NaCl-Lösung ausgesetzt, wird das Eindingen der Salzlösung ebenfalls durch die Selbstabdichtung reduziert. Im Vergleich zu Wasser dringen Salzlösungen langsamer ein und weniger Flüssigkeit wird aufgenommen.

Hohe Feuchte- und Salzgehalte können in Stahlbetonbauteilen erhebliche Schäden verursachen. Um die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauteilen abschätzen zu können, ist es nötig, den Feuchte- und Salzhaushalt in zementgebundenen Baustoffen realitätsnah zu berechnen. Mit dem Ziel der Entwicklung eines Berechnungsmodells wurden die maßgebenden Mechanismen und Wechselwirkungen, die beim Feuchte- und Salztransport in zementgebundenen Baustoffen eine Rolle spielen, beobachtet und beschrieben. Neben dem Einfluß der Salze auf die bereits bekannten Feuchtetransportphänomene wurde die Ursache für die Selbstabdichtung zementgebundener Baustoffe gegenüber eindringendem Wasser untersucht. Dazu wurde unter anderem der Kapillartransport mit Hilfe der kernmagnetischen Resonanz und Gammadurchstrahlungsmessungen untersucht. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modellansatz entwickelt, der es erlaubt, den Kapillartransport unter Berücksichtigung des Selbstabdichtungseffekts zu beschreiben.

Bei salzbelastetem Mauerwerk findet unter natürlicher Bewitterung mit dem Feuchtetransport gleichzeitig ein Salztransport statt. Zur Untersuchung dieser gekoppelten Vorgänge ist ein Meßsystem zur zerstörungsfreien Bestimmung sowohl der Wassergehaltsverteilung als auch der Salzgehaltsverteilung entwickelt worden. Durch Kombination zweier kernphysikalischer Meßmethoden, der kernmagnetischen Resonanz (NMR) und der Absorptionsmessung von g-Strahlung ist diese zerstörungsfreie Ermittlung von Wasser- und Salzgehaltsprofilen möglich. Aus der zeitlichen Entwicklung der ermittelten Profile lassen sich Rückschlüsse auf die auftretenden Transportprozesse und deren Wechselwirkung ziehen. Des Weiteren dienen die Untersuchungsergebnisse als Grundlage für die Entwicklung eines Modells für den gekoppelten Feuchte- und Salztransport in mineralischen Baustoffen.

In very long rail tunnels (> 20 km), emergency stations (NHS) are provided for trains to stop in case of an incident. Emergency stations are constructionally detailed and equipped so that the passengers can be evacuated quickly and safely in case of an incident such as a fire in a train. Such emergency stations are provided in the existing Lötschberg Base Tunnel (CH, opened 2007) and similar tunnels that are currently under construction, the Gotthard Base Tunnel (CH), Brenner Base Tunnel (A), new Semmering Base Tunnel (A) and Koralm Tunnel (A). The present article compares and explains in detail the ventilation and safety aspects of emergency stations and the construction detailing, ventilation and safety equipment, which have to be considered in the design of an emergency station.
In sehr langen Eisenbahntunneln (> 20 km) werden sogenannte Nothaltestellen (NHS) für den störungsbedingten Halt eines Zugs vorgesehen. Die NHS sind baulich und technisch so ausgestattet, dass im Störungsfall, z.B. bei Zugbrand, eine rasche und sichere Evakuation von Fahrgästen ermöglicht wird. Im bestehenden Lötschberg Basistunnel (CH, Inbetriebnahme 2007) sowie den sich im Bau befindlichen Gotthard Basistunnel (CH), Brenner Basistunnel (A), Semmering Basistunnel neu (A) und Koralmtunnel (A) sind solche NHS vorgesehen. Im vorliegenden Beitrag erfolgt eine Gegenüberstellung der baulichen und lüftungs- bzw. sicherheitstechnischen Ausgestaltung der NHS. Die projektspezifischen Randbedingungen und Vorgaben, die bei der Planung der NHS berücksichtigt werden mussten, werden im Detail erläutert.

Earthquakes with comparatively low magnitudes can lead to serious damage to non-structural components of historical masonry buildings, such as architectural facade elements. In order to assess the vulnerability of non-structural components, the horizontal floor acceleration is used. This depends on the dynamic characteristics of the building, the ground acceleration and dissipative effects. In the present article comprehensive probabilistic FE time history analyses with different hazard levels have been carried out for selected masonry structures. In order to take induced non-linearities into account, a macroscopic material model for historic masonry was calibrated and applied. It was shown that the chosen methodology enables the determination of the distribution of floor acceleration over the building height for historic masonry structures. In addition, due to the detailed scope, a robust comparison with the simplified design methods is possible. Finally, the applicability of the simplified design approach according to EN 1998-1 [1] is discussed for the investigated case.

Im Rahmen von Forschungsarbeiten wurde feuerverzinkter Stahl (Stückverzinkung) ohne Oberflächenvorbereitung oder -vorbehandlung “direkt” nach dem Verzinkungsprozess und nach unterschiedlicher Auslagerung beschichtet. Dafür kamen praxisrelevante Beschichtungssysteme mit Eignung auf verzinktem Stahl ohne Sweep-Strahlen zum Einsatz. In Abhängigkeit von der Art des Stahls und der damit verbundenen Schichtbildung, der Art der Zinkschmelze und der Geschwindigkeit der Abkühlvorgänge zeigten die Oberflächen der verwendeten Zinküberzüge unterschiedliche Topografie und chemische Zusammensetzung. Die hohe Heterogenität der Zinkoberflächen führt zur Beeinflussung des Korrosionsschutzverhaltens von Beschichtungssystemen, wobei Zusammenhänge zwischen topografischen Effekten, dem Vorhandensein von Zinkphasen, Legierungselementen sowie Korrosionsprodukten auf der Oberfläche und den resultierenden Korrosionsschutzeigenschaften der Beschichtungen bestehen.

Direct overcoating of zinc coatings - Influence of the galvanisation.
In the context of research hot-dip galvanised steel (batch galvanising) has been coated without surface preparation or pre-treatment “directly” after the galvanisation process and after different exposures. For this, practically relevant coating systems suitable on galvanised steel without sweep-blasting were used. Depending on the type of steel and the corresponding layer formation, the type of molten zinc and the speed of the cooling processes, the surfaces of the used zinc coatings showed different topographies and chemical compositions. The high heterogeneity of the zinc surfaces leads to influencing the corrosion protection behaviour of coating systems with existing correlations of topographic effects, the presence of zinc phases, alloy elements as well as corrosion products on the surface and the resulting corrosion protection properties of the coatings.

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Pfahlgründungen sind eine in der Baupraxis häufig verwendete Form der Tiefengründung. Dabei ist es allgemein bekannt, daß in Gruppen angeordnete Pfähle sich in ihrem Widerstands-Setzungsverhalten gegenseitig beeinflussen. Derzeit fehlt es allerdings an vereinfachten praxisnahen Berechnungsverfahren, welche die Gruppenwirkung in einem ausreichenden Maß berücksichtigen.
Im vorliegenden Beitrag ist eine zur neuen DIN 1054:2005-01 konforme Nachweisführung von Pfahlgruppen nach dem Teil sicherheitskonzept unter Berücksichtigung der Gruppenwirkung aufgezeigt. Das hier vorgestellte Verfahren basiert auf Nomogrammen, die aus einer umfangreichen numerischen Parameterstudie abgeleitet wurden und mit Berechnungen nach einem erweiterten analytischen Verfahren ergänzt wurden. Mit dem vorgestellten Verfahren ergibt sich sowohl die mittlere Setzung der Pfahlgruppe als auch die Verteilung der Pfahlwiderstände unter der Pfahlkopfplatte unter Berücksichtigung der Gruppenwirkung.

Maßnahmen der Wildbachverbauung dienen dem Schutz von Menschenleben und Sachgütern (Gebäude, Verkehrswege). Schutzbauwerke in Wildbacheinzugsgebieten sind extremen Einwirkungen (Hochwasser, Muren) und Umweltbedingungen ausgesetzt und unterliegen daher einer besonders hohen Abnutzung. Bei der Erhaltung und Überwachung der Bauwerke sind daher besondere Sicherheitsstandards anzuwenden. Der Beitrag fasst die Ergebnisse der normativen Regelung des Erhaltungsmanagements der Wildbachverbauung in Österreich in der ONR 24803 zusammen und geht auf die für Wildbachschutzbauwerke spezifischen Konzepte, insbesondere Schädigungsmechanismen, Bauwerksversagen, Erhaltungsstrategien und Zustandsklassifikation, ein.

Das integrale Risikomanagement findet seine ingenieurwissenschaftliche Entsprechung im Konzept der Schutzsysteme gegen Naturgefahren. Der Beitrag stellt diese komplexen Systeme als hierarchisches Modell im naturräumlich/gesellschaftlichen Umfeld dar und analysiert deren Design als Kombination struktureller und nicht struktureller Schutzmaßnahmen mit unterschiedlicher Wirkung und Lebensdauer. Anhand eines Lebensphasenmodells werden Schutzsysteme des Hochwasser- und Lawinenschutzes exemplarisch konkretisiert (Systemlebenszyklus) und damit das Zusammenwirken unterschiedlicher Maßnahmenkomplexe visualisiert. Das angewandte Phasenmodell bildet auch den Rahmen für die Darstellung der Anwendungsmöglichkeiten der klassischen Instrumente des Systems Engineering (Zieldefinition, Variantenplanung, Anforderungsanalyse, System Design, Projektmanagement, Lebenszykluskosten, Erhaltungs- und Anpassungsmanagement, Qualitäts- und Risikomanagement) auf die Naturgefahrenprävention. Der in diesem Beitrag entwickelte Ansatz erscheint auf den ersten Blick für die Ingenieurpraxis abstrakt, ist aber in Teilbereichen, wie die ausgeführten Beispiele nachvollziehbar zeigen, längst realisiert; es fehlt jedoch bisher eine gesamtheitliche Umsetzung des Schutzsystemkonzepts im Naturgefahreningenieurwesen.

Complex protection systems for natural hazards: system design and life cycle model
Protection systems represent - from the perspective of engineering and natural sciences - the equivalent to the integrated natural risk management concept. This article presents these systems as a hierarchical model in the surrounding societal and natural spheres and analyses the design of these complex systems as a combination of structural and non-structural measures with divers protection function and service life. By means of a life cycle model two examples from flood and avalanche control serve to substantiate and specify complex protection systems and to visualize the components of these systems, in particular different types of protection measures and functions. Furthermore, the applied life cycle phase model enables the presentation of possible applications (adaptation) for the classical instrument of systems engineering (in particular: strategic objectives, variant analysis, project management, requirement engineering, system design, life cycle costing, maintenance and adaptation management, quality and risk management) to complex protection systems. The approach presented in this article at first sight seems to be rather theoretical for practical application, nevertheless it was already partially realized as shown in the presented examples. However a comprehensive implementation of the principles of protection systems in engineering practice has not yet taken place.

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Pfahlgründungen sind eine weitverbreitete Gründungsvariante für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) und sind in diesem Anwendungsgebiet erheblichen horizontalen Lasten ausgesetzt. Diese Belastung variiert in ihrer Amplitude, Frequenz sowie Richtung und ist naturgemäß sehr schwierig zu prognostizieren. Bereits existierende Ergebnisse von Modellversuchen berücksichtigen bislang keine Änderung der Lastrichtung und sind daher nur für eindimensionale Belastungen applikabel. Untersuchungen konnten zeigen, dass eine richtungsveränderliche zyklische Belastung zu größeren Verschiebungen führen kann als eine äquivalente eindimensionale zyklische Belastung. In diesem Beitrag wird das Phänomen anhand von Modellvorstellungen erläutert und anhand der Ergebnisse von Modellversuchen quantitativ betrachtet.

On the deformation behavior of laterally loaded piles with cyclic loading from a varying direction.
Pile foundations are a common foundation for offshore wind energy converters. In this application area they are subjected to large lateral loading. This loading varies in amplitude, frequency and direction and is difficult to predict. Currently available analytical design methods derived from model tests do not consider a change in loading direction and are therefore applicable for one-dimensional loading only. Investigations have shown that a change in loading direction results in higher displacements compared to an equivalent one-dimensional cyclic loading. In this article models are presented to explain the increasing displacements and to be compared against results from physical modeling.

Der Horizontale Dynamische Pfahltest, kurz H-DPT, bietet die Möglichkeit, mit verhältnismäßig wenig Aufwand den Bettungsmodul von horizontal belasteten Pfählen zu bestimmen. Es werden Feldversuche vorgestellt, bei denen die Ergebnisse dynamischer Pfahltests mit denen statischer Tests verglichen werden. Der H-DPT wurde auf einem großen Testfeld an 17 Pfählen durchgeführt und validiert.

Horizontal dynamic pile tests - Study of reproducibility.
Horizontal dynamic pile testing (H-DPT) is a method to determine the lateral subgrade reaction of laterally loaded piles with less effort than with static testing. In-situ measurements are presented and the results of the dynamic pile tests are compared to static loading tests. H-DPT is tested on a large testing site with 17 piles to verify the method.

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In Deutschland werden Dalben in der Regel auf Grundlage der EAU 2004 mit dem Verfahren nach Blum mit räumlichem Erdwiderstand nach DIN 4085 bemessen. International wird dagegen eher die p-y-Methode verwendet. Zukünftig soll auch in Deutschland die p-y-Methode zur Dalbenbemessung angewandt werden. Für den Anwender stellt sich die Frage der Vor- und Nachteile beider Verfahren im konkreten Anwendungsfall. In diesem Beitrag werden die theoretischen Grundlagen gegenübergestellt. Ein Bemessungsbeispiel zeigt, welche Auswirkung die Anwendung der beiden Verfahren auf die Abmessungen, Schnittgrößen und Verformungen des Dalbens hat. Somit liefert dieser Beitrag eine Entscheidungshilfe bei der Dalbenbemessung.

Comparative calculations on dolphin design using the Blum method and the p-y-method.
In Germany dolphins are commonly designed using a procedure after Blum, 1932, proposed in the EAU 2004. However, internationally the p-y-method is applied more widely for dolphin design. In future, legislature in Germany will change towards allowing the p-y-method besides the Blum-method. For the practioning engineer this raises the question of advantages and disadvantages of both methods. This paper contrasts the underlying principles and presents examples for design calculations to allow for comparison of the two methods.

Der Beitrag beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, Betonbauwerke mit anderen als den in der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb aufgeführten Produkten abzudichten. Dafür kommen Injektionsgele in Frage, die eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften besitzen, durch die eine erfolgreiche Abdichtung auch dann noch möglich ist, wenn die “klassischen” Verfahren zu scheitern drohen. Wesentliche Vertreter der Injektionsgele, für die eine Reihe von praktischen Erfahrungen und Forschungsergebnissen vorliegen, sind die Acrylatgele, deren Anwendung beschrieben werden.
Ausgehend von beispielhaft genannten Randbedingungen und einer Darstellung der wesentlichen Materialeigenschaften werden die Arten der mit Gelinjektionen herstellbaren Abdichtungen (Gelschleierabdichtungen, Injektion in das Bauteil, in Bauteilzwischenräume und in Risse, sowie deren Mischformen) dargestellt.
Der Schwerpunkt liegt auf der Schleierinjektion, da sie die größten Besonderheiten gegenüber den üblichen Injektionen zum Füllen von Rissen und Fehlstellen aufweist. Für die Schleierinjektionen werden Grenzen der Ausführbarkeit und Möglichkeiten zum Erkennen dieser Grenzen aufgezeigt. Eine solche Möglichkeit besteht in der Ausführung von Probeinjektionen mit Wasser an vorgesehenen Injektionsstellen in den am Bauwerk anstehenden Baugrund. Neben der Darstellung der technischen Grundlagen und Anwendungsgrenzen wird für die einzelnen Arten der Gelinjektionen aufgeführt, welche baurechtlichen Anforderungen zu beachten sind.

Post-Construction Sealing of Concrete Structures by Gel Grouting
This article deals with possibilities to seal concrete structures by other products than those authorized by the DAfStb. Among those products are grout injection gels which have several favourable properties which allow the user to seal even those structures where conventional methods might fail. Particularly for acrylate gel there is already a wide range of experience. This article describes the main properties of the materials, standard boundary conditions and the resulting types of sealing: curtain grouting, injections into the structural components or joints between structural elements, in cracks and a mixture of the methods mentioned above. The focus is set on curtain grouting which differs significantly from common grouting to repair cracks and defects. The usage of curtain grouting is limited. A method is described to recognize those limitations. One possibility could be to perform test injections at the original site using water instead of the gel. Apart from technical basics and practical limitations the requirements made by the authorities are characterized.

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Es wird über ein Meßverfahren zur effizienten Bestimmung von Wärmeleitfähigkeit und spezifischer Wärme bzw. Wärmespeicherfähigkeit von Baustoffen berichtet, die physikalisch inert sind, d. h. keine thermischen Quellen/Senken aufweisen. Das Verfahren ist insbesondere für den Laboreinsatz geeignet. Aufgrund der Testergebnisse ist eine gerätetechnische Entwicklung einschließlich der Bereitstellung entsprechender Auswertesoftware zu empfehlen.