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Jahresbericht 2006 - Departement Bau, Umwelt und Geomatik - ETH ...

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Abb. 9: Schematische Darstellung der Elektrischisolierten Spannglieder (EIT) <strong>und</strong> des Messprinzips.Abb. 10: Verlauf des elektrischen Widerstands Rverschiedener Spannglieder mit der Zeit.Untersuchungen zum Mechanismusder Schallausbreitung in HolzF. Bächle, S. Schubert, S. Clauss, P. Niemz / IfB;H.R. Maurer / IG; J. Dual / IMES; D. Gsell / EMPADübendorfBäume im Stadtbild bereichern die Lebensqualitätin einem hohen Masse. Die Verkehrssicherheitder Bäume muss aber gegeben sein,da von umfallenden Bäumen oder abbrechendenÄsten ein Gefahrenpotential ausgeht.Mithilfe von Ultraschallmessungen kann ermitteltwerden, ob ein <strong>Bau</strong>m von einem Pilzbefallen ist <strong>und</strong> wie weit sich die Fäule bereitsausgebreitet hat. Die gleiche Methode kannprinzipiell auch für die Messung von Fäule inverbautem Holz oder für die Erkennung vonDelaminierungen in Brettschichtholz verwendetwerden. Die Laufzeit der Schallwellen wirdstark durch die orthotropen Eigenschaften desHolzes beeinflusst. Im Rahmen eines interdisziplinärenProjektes in Zusammenarbeit desInstituts für <strong>Bau</strong>stoffe (Arbeitsgruppe Holzphysik),des Instituts für Geophysik <strong>und</strong> Institutsfür Mechanische Systeme der <strong>ETH</strong> sowieder Abteilung Ingenieurstrukturen der EMPAwurden experimentelle Untersuchungen zurAusbreitung von Schallwellen in Stämmenvorgenommen. Dabei wurden Modelle derGeophysik zur rechnerischen Simulation derWellenausbreitung in Stämmen mit <strong>und</strong> ohneDefekte genutzt. Die Arbeiten brachten einendeutlichen Erkenntnisfortschritt auf demGebiet der Schallausbreitung in Holzproben<strong>und</strong> ermöglichen wesentlich verbesserteModelle für die Erarbeitung von Tomogrammender Schallausbreitung in Holz. Es wurdeeine gute Übereinstimmung zwischen Experiment<strong>und</strong> Modell erzielt. Dabei zeigte sich,dass nur unter Einsatz eines Korrekturfaktorsfür den Einfluss der Jahrringneigung einkorrektes Abbild der Querschnittfläche erzieltwird. Durch diese Methode kann in Tomogrammendie Fäule korrekt erkannt werden. Abbildung7 <strong>und</strong> 8 zeigen dazu Beispiele.In einem zweiten Teil des Projektes wurde dieSchallausbreitung in der radial-tangentialenEbene eines Stammes mittels Finite ElementeMethode dargestellt. Diese numerische Simulationliefert ebenfalls verlässliche Daten überden Querschnitt eines Stammes. Zur numerischenSimulation ist eine Dissertation inBearbeitung.Dauerhafte <strong>und</strong> überwachbareSpanngliederB. Elsener, M. Suter / IfBDie Vorspanntechnik erlaubt es, Bahn- <strong>und</strong>Strassenbrücken mit grossen Spannweiten zuerstellen. Die dafür erforderlichen hochfestenSpannstähle können in Gegenwart von Feuchtigkeit<strong>und</strong> Chloriden korrodieren <strong>und</strong> unterZug versagen. Trotz einer insgesamt bewährten<strong>Bau</strong>weise wurden auch in der SchweizSpannstahlbrüche – zum Glück noch keineEinstürze – beobachtet. Das Hauptproblemder traditionellen Vorspanntechnik mit metallischenHüllrohren liegt darin, dass keineerprobte Methode zur Ortung von Schädenam Spannstahl existiert.Die Industrie hat Vorspannglieder mit Kunststoffhüllrohren<strong>und</strong> elektrisch isolierten Ankerköpfen– sog. Elektrisch isolierte Spannglieder(EIT) - entwickelt.Mittels Impedanzmessungen zwischen demSpannstahl <strong>und</strong> der schlaffen Bewehrung kannzum ersten Mal der Schutz des Spannstahlsvor aggressiven Einwirkungen bestimmt werden(Abb. 9). Basierend auf Labormessungen,Simulationsrechnungen <strong>und</strong> einer zunehmendenAnzahl von mit EIT ausgeführten Brückenkonnten die Grenzwerte für den elektrischenWiderstand bestimmt werden. Diese für dieQualitätssicherung wichtigen Werte werden28 Tage nach dem Injizieren gemessen.Abb. 7: Links: Ohne Korrekturfaktor sind die Schallgeschwindigkeiten am Rand zu tief <strong>und</strong> in der Mitte zuhoch / Mitte: Korrigiertes Tomogramm / Rechts: Untersuchter Stammquerschnitt.Beton <strong>und</strong> die Zementinjektion im Hüllrohr hydratisieren<strong>und</strong> trocknen mit der Zeit aus. Derelektrische Widerstand eines Spanngliedssteigt daher mit der Zeit kontinuierlich miteinem Wurzel Zeit Gesetz an (Abb. 10). DieserTrend kann nun für die Langzeitüberwachungder Spannglieder ausgenützt werden: solangeder Widerstand der Spannglieder ansteigt, istder Korrosionsschutz gewährleistet. Ein Absinkendes elektrischen Widerstands an einemSpannglied ist eine Frühwarnung, welche dasEindringen von Wasser (<strong>und</strong> damit Chloriden)an einem Defekt des Hüllrohrs anzeigt, langebevor Schäden aufgetreten sind.Abb. 8: Links: Ohne Korrekturfaktor ist nur schwach eine Störung ersichtlich / Mitte: Mittels Korrekturfaktortritt die Faulstelle gut hervor / Rechts: Untersuchter Stammabschnitt.21

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