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Chemischer Angriff auf geotechnische Elemente - Veränderung der Grenztragfähigkeit

Erstellt am: 28.02.2018 | Stand des Wissens: 28.02.2018
Auftraggeber / Förderer:   Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Heidenreich, Fabian
Projektnummer:   B3952.02.04.70006
Projektvolumen:   < 500.000
Laufzeit:   2017/01 bis 2023/12
Projektstand:   laufend
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau 2018 steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Aktuell gibt es bei den laufenden Projekten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel- bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich deren dauerhafter Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Exemplarisch seien hier nur die Einwirkungen infolge Ammonium bei der 5. Schleuse Brunsbüttel, infolge kalklösender Kohlensäure an der DEK Nordstrecke und an der Stadtstrecke Oldenburg sowie infolge Sulfat an den Staustufen Besigheim und Hessigheim aufgeführt. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk und in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens (1. Einwirkungen von chemischen Substanzen aus dem Grundwasser, 2. Widerstand des Mörtels bzw. Betons gegenüber dem chemischen Angriff, 3. Veränderung des Trag-verhaltens aufgrund der Veränderung des Mörtels bzw. Betons) wird in diesem Teilprojekt 3 die Grenztragfähigkeit der geotechnischen Elemente unter der Einwirkung eines chemischen Angriffs untersucht. Ein Hauptaspekt des FuE-Vorhabens ist die Untersuchung des kalklösenden Kohlensäureangriffs auf Verpressanker. 
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Der Einsatz von Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen findet im Rahmen von Baumaßnahmen der WSV in vielfältiger Weise statt. Verwendungsmöglichkeiten liegen beispielweise bei Auftriebssicherungen von Schleusen- und Wehrsohlen, bei Rückverankerungen von Ufereinfassungen aber auch bei der temporären Sicherung von Baugruben. In den Fällen, wo ein erhöhter chemischer Angriff aus dem Grundwasser oder dem Boden auf den Mörtel bzw. Beton dieser geotechnischen Elemente prognostiziert wird, müssen diese aufgrund nicht ausreichender praxistauglicher Erkenntnisse und Lösungsansätze über die Tragfähigkeitsverluste durch kostenintensivere Konstruktionen wie z. B. Stahlrammpfähle ersetzt werden. Die Konsequenzen sind somit deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen sowie insgesamt ein gestiegener Arbeitsaufwand in Verbindung mit einer längeren Bauzeit.
Untersuchungsmethoden
Im Rahmen dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens wird zum einen ein umfangreichen Laborprogramms mit Modellankern, bei denen baupraktische Randbedingungen wie In-situ-Spannungszustände und der Verpressvorgang berücksichtigt werden können, durchgeführt. Zum anderen findet parallel die Untersuchung an Verpressankern hinsichtlich ihrer Grenztragfähigkeit bei betroffenen Bauvorhaben der WSV statt.
In Verbindung mit der Ruhr-Universität Bochum erfolgte in der ersten Forschungsphase die Entwicklung eines Versuchsstandes anhand von Vorversuchen. Dieser wurde im Frühjahr 2019 in Betrieb genommen und in Bezug auf die Reproduzierbarkeit ohne chemischen Angriff geprüft. Im nächsten Schritt sind Prüfungen mit kalklösender Kohlensäure und die Erweiterung des Versuchsstandes mit mindestens 5 weiteren Behältern geplant. Wichtige Aspekte der Laborversuche sind die zeitabhängigen Auswirkungen des chemischen Angriffs auf die Betonoberfläche und daraus resultierende bodenmechanische Einflüsse auf die Grenztragfähigkeit des geotechnischen Elements sowie ein praxisnaher Ansatz zur Bestimmung des Verlustes der Tragfähigkeit in Abhängigkeit von relevanten Bodenparametern.
Zeitgleich zu den Modellversuchen werden bei Baumaßnahmen der WSV Verpressanker und Mikropfähle untersucht, die sich im Bereich von erhöhten Konzentrationen calcitlösenden Grundwassers befinden.
Ansprechpartner
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Bundesanstalt für Wasserbau

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?481190

Gedruckt am Freitag, 23. August 2019 16:16:05