Bauinformant bloggt Beton

Von der Fakultät Bauingenieurwesen der Technischen Universität Dresden zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von
MIKE RICHTER
aus Strießen

Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd W. Zastrau
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Harald Schorn
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Reinhold Kienzler

Tag der mündlichen Prüfung: 04. Februar 2005
Berichte des Instituts für Mechanik und Flächentragwerke
Heft 2 (2005)

Herausgeber:
Technische Universität Dresden
Fakultät Bauingenieurwesen
Institut für Mechanik und Flächentragwerke
Dipl.-Ing. Mike Richter
D-01062 Dresden
Telefon: (0351) 463 35369
Fax: (0351) 463 37200
E-mail: Mike.Richter2@mailbox.tu-dresden.de

Zusammenfassung:

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton.

Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung.

Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach ESHELBY wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt.

Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden. [...]

Der Volltext dieser Dissertation  (2005) ist nachfolgend als Pdf-Dokument abrufbar (209 Seiten, externer Link)

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Mit dem Neubau des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen wurde bautechnisches Neuland betreten. Die weltweit größte Fassade aus Textilbeton bietet höhere Festigkeit bei niedrigerem Gewicht und spart 80 Prozent CO2 bei der Herstellung. Der Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW investierte rund 12,5 Millionen Euro als Bauherr und Vermieter in die neue Halle.

Am Freitag, 11. September 2009, ist im Hochschulerweiterungsgelände Seffent/Melaten der Neubau INNOTEX des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen feierlich eingeweiht worden.

„Hier ist ein neuer Schmelztiegel der Textilforschung entstanden“, freute sich der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesforschungsministerium, Thomas Rachel. „Die in den INNOTEX-Neubau bisher geflossenen Bundesmittel von rd. 6,3 Mio. Euro sind gut angelegt und werden die schon vorhandene hohe Qualität der Forschungsarbeiten noch steigern helfen. Innovative Werkstoffentwicklungen wie moderne Textilien fördert das Forschungsministerium als wichtige Schlüsselinnovationen im Rahmen der Hightech-Strategie, da sie oft der Anfang von neuen, erfolgreichen und marktfähigen Produkten sind.“

INNOTEX ist das Kompetenzzentrum für innovative Textilstrukturen und Medizintextilien. 200 Mitarbeiter des RWTH-Instituts sowie mehr als 170 Maschinen sind auf einer Gesamtfläche von 4.000 Quadratmetern untergebracht. Die Fassade von INNOTEX besteht aus Elementen mit zwei textilbewehrten Betondeckschichten sowie einer Dämmschicht. Diese Sandwichkonstruktion ist im Rahmen eines von der Europäischen Union geförderten LIFE-Projekts entwickelt worden. Die RWTH-Institute für Massivbau, Bauforschung und Textiltechnik sowie führende Industrieunternehmen kooperierten hierbei.

Die Fassade ist die weltweit bisher größte bautechnische Anwendung des Werkstoffs „Textilbeton“. Textilbewehrter Beton ist ein Verbundstoff, der aus zwei Komponenten besteht: einer textilen Bewehrung aus Glastextilien und einer Betonmatrix. Die Vorteile des Verbundstoffes liegen in der höheren Festigkeit und Steifigkeit bei niedrigerem Gewicht sowie der Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus ist der Kohlendioxid-Ausstoß bei der Herstellung solcher Bauteile im Vergleich zu Stahlbeton um 80 Prozent geringer. Im Rahmen ihrer Forschung haben RWTH-Wissenschaftler gezeigt, dass sich beim Einsatz von textilbewehrtem Beton sehr leichte, sogar filigrane und dabei durchaus komplexe Baukonstruktionen realisieren lassen.

„Seit Beginn der Planungen sind wir stark gewachsen – um 35 Prozent. Daher ist das Gebäude jetzt schon zu klein“, erläutert Prof. Thomas Gries. „Unter Beteiligung und mit Unterstützung von RWTH und BLB denken wir deshalb bereits über einen Erweiterungsbau nach.“

Quelle: Presseinfo BLB NRW (Bau- und Liegenschaftsbetrieb  NRW) vom 11.09.2009:

NOEtec Schalwagen kurz vor dem ersten Einsatz.

Deutschland-Premiere

Die Umgehung der Kernstadt von Neckargemünd ist das umfangreichste Projekt an einer Kreisstraße in der Geschichte des Rhein-Neckar-Kreises – seit 1999 wird hier gearbeitet. Von Rainbach kommend soll die K 4200 den Verkehr aus der historischen Altstadt von Neckargemünd aufnehmen und an die B 45 übergeben. Der Tunnel durch den Hollmuthberg und unter der Wiesenbacher Straße hindurch ist das in bautechnischer Hinsicht an­spruchsvollste Teilstück des ehrgeizigen Straßenbauprojekts.

Der Tunnel teilt sich in einen im Westen liegenden ca. 200 Meter langen bergmännischen Abschnitt und in einen im Osten liegenden etwa gleich langen Abschnitt in offener Bauweise. Der bergmännische Tunnelabschnitt liegt zu 2/3 im festen Sandstein und zu 1/3 im weniger standfesten Lockergestein. Er unterquert mit geringer Überdeckung den Randbereich der Kernstadtzone von Neckargemünd. Gebaut wurde wegen der geologischen Bedingungen von beiden Seiten.

Ausbruch- und Sicherungsarbeiten

Im Westen musste das feste Gestein mittels eines Sprengvortriebes gelöst werden. Im Osten galt es, wegen des dort vorhandenen Lockergesteins und der vorhandenen Bebauung, den Tunnelbau äußerst setzungsarm vorzutreiben. Bevor hier mit dem Bau des eigentlichen Tunnels begonnen werden konnte, wurden zwei Rohrvortriebe von der bergmännischen Anschlagwand bis zum Fels vorgetrieben. Sie dienten u.a. dazu, der späteren Tunnelschale ein festes Auflager zu bieten. Erst danach wurde der Tunnelquerschnitt etappenweise aus­ge­brochen und mit Spritzbeton vorläufig gesichert.

Selbstfahrender NOEtec Schalwagen

Zur Erstellung der endgültigen Tunnelschale hatte das ausführende Bauunterneh­men, die Firma Baresel aus Stuttgart, gemeinsam mit dem technischen Büro von NOE den ersten selbstfahrenden NOEtec Schalwagen für einen Tunnelbau im bergmännischen Verfahren konzipiert. Sein Aufbau erfolgte mit Elementen aus dem Systembaukasten von NOEtec. Gegenüber einem konventionellen Stahl-Schal­wagen lässt sich die Aufbau- und Montagezeit um ca. 50 % reduzieren. Dies bringt zusätzlichen Gewinn für die Baustellenlogistik und reduziert die Kosten um ca. 50 %.
Der NOEtec Baukasten besteht aus nur wenigen Systemteilen – Träger, Streben, Verbindungsschlösser und Bolzen – die sich im Handumdrehen montieren lassen. Das äußerst flexible System bietet für (fast) alle Schalaufgaben im Ingenieurbau eine wirtschaftliche Lösung.

Prototyp aus dem Systembaukasten

Der für eine Taktlänge von 10 Metern konzipierte NOEtec Schalwagen läuft – aufgrund der unterschied­lichen Sohlgeometrien – auf den Banketten. Hierzu wurde eine zusätzliche Fahrwerksunterkonstruktion erforderlich. Das Fahrwerk selbst ist mit Elektro­motoren ausgestattet, mithilfe derer sich die Konstruktion als Ganzes zeitsparend und vor allem sicher verfahren lässt.

Das darauf aufbauende Traggerüst aus NOEtec Trägern ist so ausgelegt, dass alle Last in die Bankette abgetragen wird. Der 12 Meter lange Schalwagen ist so konstruiert, dass zum problemlosen Reinigen die Schalelemente seitlich und oben um jeweils 50 Zentimeter zurückgefahren werden können – ein ausschlaggebendes Argument für den Einsatz bei der Untertun­ne­lung des Hollmuth­bergs.

Maßgeschneidertes Konzept überzeugt

Noch sind die Arbeiten im Gang. Mithilfe des selbstfahrenden NOEtec Schalwagens können pro Woche problemlos zwischen zwei und drei Takte gefahren werden, sodass die 24 Takte nach kaum mehr als drei Monaten betoniert und die Tunnelschale im geplanten Zeitraum fertig gestellt sein wird.

Dass man bei Baresel mit dem NOEtec Schal­wagen gut und auch gerne arbeitet zeigt die Tatsache, dass das Bauunternehmen bereits bei Folgeprojekten mit den NOEtec Schalwagen plant. Die NOEtec Trägerschalung für den Ingenieurbau ist so flexibel, dass ein späterer Umbau auf andere Tunnel-Quer­schnitte jederzeit problemlos möglich ist.

Montage der Tragkonstruktion aus NOEtec Trägern.

Montage des NOEtec Schalwagens unter beengten Platzverhältnissen.

Montage der Schalhaut auf den NOEtec Schalwagen.

NOEtec Schalwagen in Betonierposition.

Betonverteiler im NOEtec Schalwagen.

Betonverteiler im NOEtec Schalwagen

Die Waschbetonbauweise zählt heute in Österreich und in Deutschland zur Regelbauweise. Eigenschaften wie eine hohe Griffigkeit, relativ geringe Geräuschentwicklung sowie eine lange Lebensdauer sind Gründe für deren immer stärkere Anwendung im städtischen Bereich. Waschbetondecken ermöglichen gegenüber herkömmlichen Asphaltbelägen Lärmreduktionen von zwei bis drei Dezibel. Besonders niedrige Lärmemissionen weisen gemäss einem Forschungsauftrag der TU Wien Waschbetonoberflächen mit einem Grösstkorn von 8 mm auf.

Volltext als Pdf-Dokument, ca. 582 KB, externer Link:

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Zusammenfassung: Für das neue Schwerverkehrszentrum (SVZ) an der Gotthard-Autobahn A2 bei Erstfeld im Kanton Uri / Schweiz wurde wegen der erwartet hohen Belastungen ein verformungsstabiler und verschleissfester Betonbelag eingebaut. Die von der 65 000 m2 grossen Fläche geforderte Dauerhaftigkeit war nur durch eine Betondecke zu erfüllen. Der Einbau eines Betons der Festigkeitsklasse C30 / 37 mit einem Gleitschalungsfertiger stellte höchste Ansprüche.

Volltext als Pdf-Dokument, 8 Seiten, ca. 2 MB, externer Link:

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Referat von:

Professor Andrea Deplazes
Professur für Architektur und Konstruktion, ETH Zürich

Wenig Text, dafür mit zahlreichen Abbildungen:

- Valerio Olgiati: Schulhaus Paspels (CH) 1999
- Giuliani Hönger: Sihlhof, Zürich (CH) 2001-2003
- Diener Diener: Novartis Forum 3, Basel (CH), 2005
- Werner Panton: Spiegelkantine Hamburg (D), 1969
- Valerio Olgiati: Atelierhaus Linard Bardill, Scharans (CH), 2007 u. a.

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Ein Entscheidungsunterstützungsmodell für den Rückbau massiver Betonstrukturen in kerntechnischen Anlagen (Band 64)

Autor : Zeiher, Marco
Reihe : Reihe F, Forschung / Institut für Technologie und Management im Baubetrieb, Universität Karlsruhe (TH)
Band : 64
Verlag : Universitätsverlag Karlsruhe
ISBN : 978-3-86644-368-6
Erschienen : 13.07.2009

Abstract: Die herrschende Komplexität beim Rückbau von massiven Betonstrukturen in kerntechnischen Anlagen erfordert auf Planungsseite eine sorgfältige Auswahl der Rückbauverfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Entscheidungsunterstützungsmodell zur effizienten Verfahrensauswahl vorgestellt, mit dem es unter Berücksichtigung unterschiedlichster Randbedingungen und Anforderungen möglich ist, das wirtschaftlichste bzw. geeigneteste Verfahren oder die optimalste Verfahrenskombination zu finden.

Volltext als Pdf-Dokument, 234 Seiten, 234 Seiten, externer Link

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6. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung Universität Karlsruhe (TH) ; Karlsruhe, 12. März 2009

Autor : Müller, Harald S.; Nolting, Ulrich; Haist, Michael [Hrsg.]
Verlag : Universitätsverlag Karlsruhe
Erschienen : 13.03.2009

Pdf-Dokument, 96 Seiten, externer Link

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Infrastruktur für die Zukunft. 5. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe (TH), 13. März 2008

Autor : Müller, Harald S.; Nolting, Ulrich; Haist, Michael [Hrsg.]
Verlag : Universitätsverlag Karlsruhe
Erschienen : 14.03.2008

Abstract: Das 5. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung gibt einen Überblick über die Probleme und Möglichkeiten beim Bauen im Untergrund. Dabei werden sowohl die betontechnologischen Grundlagen erläutert als auch die verschiedenen Bauteile und Bauweisen vorgestellt. Diese Techniken werden Anwendung beim Bau von drei Großprojekten in Karlsruhe, Stuttgart und Saarbrücken finden, die hier ebenfalls vorgestellt wer­den. Dieser Tagungsband fasst alle schriftlichen Beiträge zu den einzelnen Vorträgen zusammen.

Volltext als Pdf-Dokument, 150 Seiten, externer Link:

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4. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe (TH), 15. März 2007

Autor: Müller, Harald S. ; Nolting, Ulrich; Haist, Michael [Hrsg.]
Verlag: Universitätsverlag Karlsruhe
Erscheinungsdatum: 16.03.2007

Abstract: Begleitend zum 4. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung „Industrieböden aus Beton“ erschienenen Tagungsband wird ein Überblick über die Planung und Bemessung sowie die Ausführung von Betonböden gegeben. Weiterhin wird auf Schäden sowie deren Instandsetzung und Sonderbauweisen eingegangen. Volltext als Pdf-Dokument, 117 Seiten, externer Link

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1. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe (TH), 30. März 2004

Autor: Müller, Harald S. [Hrsg.]
Verlag: Universitätsverlag Karlsruhe
Erscheinungsdatum: 09.07.2007

Abstract: Die Erhaltung und Umnutzung von Bauwerken ist zur zentralen Bauaufgabe in Deutschland herangewachsen. Weit mehr als die Hälfte der jährlichen Bauinvestitionen fließt in dieses Tätigkeitsfeld. Dabei kommt der Erhaltung bzw. Instandsetzung von Betonbauten der Moderne eine große Bedeutung zu. Zahlreiche dieser Betonbauwerke werden bereits heute als wichtige historische Zeugnisse eingestuft oder haben gar den Rang von Baudenkmälern erreicht. Bei ihrer Instandsetzung scheidet eine konventionelle Vorgehensweise weitgehend aus. Anzuwenden sind denkmalgerechte Erthaltungsmaßnahmen, die das gewachsene Erscheinungsbild bewahren und gleichzeitig den heutigen Nutzungswünschen Rechnung tragen. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Bauherren, Architekten und Denkmalpflegern. Der zum 1. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung „Instandsetzung bedeutsamer Betonbauten der Moderne in Deutschland“ begleitend erschienene Tagungsband fasst alle schriftlichen Beiträge zu den einzelnen Vorträgen zusammen.

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2. Symposium Baustoffe und Bauwerkserhaltung, Universität Karlsruhe, 17. März 2005

Autor: Müller, Harald S.; Nolting, Ulrich; Haist, Michael [Hrsg.]

Verlag: Universitätsverlag Karlsruhe
Erscheinungsdatum: 15.03.2005

Abstract: Sichtbeton ist ein wichtiges Gestaltungselement der modernen Architektur. Er vermag Funktionalität und optische Eigenschaften zu einer sinnvollen und ansprechenden Einheit zu verbinden. Bauwerke wie das Deutsche Historische Museum in Berlin, die Pinakothek der Moderne in München, das Phaeno Science Center in Wolfsburg oder das Holocaust Mahnmal in Berlin geben ein beeindruckendes Zeugnis für die gestalterischen Möglichkeiten mit Sichtbeton. Sichtbeton ist jedoch kein einfach beherrschbarer Baustoff. So zeigt die Praxis, dass manche Ausführung nicht befriedigt. Dabei sind es nicht nur subjektive Kriterien des Erscheinungsbildes, sondern oft genug auch objektiv erfassbare Mängel, die Nachbesserungen notwendig machen. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse und aktuelle Leitfäden vermögen heute jedoch vielen Problemen vorzubeugen. In diesem Tagungsband sind alle schriftlichen Beiträge zu den einzelnen Vorträgen des Symposiums „Sichtbeton – Planen, Herstellen, Beurteilen“ zusammengefasst.

Volltext als Pdf-Dokument, 119 Seiten, externer Link

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