Überblick und Langzeit- erfahrungen „Reinforced Earth“

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Das Bauverfahren „Bewehrte Erde“ – Überblick und Langzeiterfahrungen In nahezu jede Bewehrte-Erde-Stützwand werden Testbänder eingebaut. Diese haben keine statische Wirkung, sondern ermöglichen es dem Bauherrn, die Dauerhaftigkeit der Bewehrungsbänder in dem spezifischen Füllboden zu kontrollieren. Die Firma Bewehrte Erde Ingenieurgesellschaft mbH sammelt seit Jahrzehnten die Daten über viele in Bewehrte-Erde-Stützwände eingebaute Testbänder. Üblicherweise wird mit dem Ziehen der Testbänder 10 Jahre nach Fertigstellung des Bauwerkes begonnen. Dann folgen Intervalle von 10 bis 20 Jahren. Es können jedoch nach Wunsch des Bauherrn jederzeit Bänder gezogen werden, um die Korrosion zu überprüfen bzw. die Restnutzungsdauer des Bauwerkes zu bestimmen. Das Ziehen der Testbänder ist nicht geregelt und notwendig, ist jedoch zur Ermittlung des Zustandes der Bewehrte-Erde-Konstruktion ratsam. Beim Ziehen und bei der Untersuchung der Testbandabschnitte kann die Firma Bewehrte Erde Ingenieurgesellschaft mbH sowohl beratend als auch in der Ausführung unterstützend tätig werden. Bis dato wurden in Deutschland und weltweit fast ausschließlich positive Erfahrungen mit der Dauerhaftigkeit von verzinkten Bewehrungsbändern in Bewehrte-Erde-Bauwerken gemacht. Sofern Schadensfälle aufgetreten sind, spielten oftmals die Nichteinhaltung der bodenchemischen Anforderungen an den Füllboden und konstruktive Fehler (Dichtungsbahn, etc.) eine maßgebende Rolle. Etwaige Fälle sind in Deutschland nicht bekannt. Die Füllböden müssen unter Anderem folgenden bodenchemischen Anforderungen genügen: Tabelle 1: Bodenchemische Anforderungen Wasserspiegel in Bewehrte-Erde- Körper Eigenschaft des Füllbodens und erforderliche Tests pH-Wert Maximaler Chloridgehalt [Cl - ] und maximaler Sulfatgehalt [SO 4 2- ] min. max. ppm Ω cm nicht vorhanden 5 10 5Cl + SO 4 ≤ 1000 1000 vorhanden 5 10 5Cl + SO 4 ≤ 500 3000 4.2. Untersuchungen der Testbänder bei einer Stützwand in Herborn-Burg Bei Herborn-Burg wurde im Jahre 1977 eine der ersten Bewehrte-Erde-Stützwände errichtet. Nach 20 Jahren (1997) wurden unter Anwesenheit einiger Mitarbeiter der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA – Otto-Graf-Institut) Blindbänder, auch Testbänder genannt, entnommen und umfangreich Abb. 5.: Testbandentnahme bei der Stützwand in Herborn-Burg (System TerraClass, Deutschland) bezüglich des Fortschritts der Korrosion untersucht. Die Bänder in Herborn-Burg waren damals mit nur 50 µm (350 g/m²) feuerverzinkt und hatten einen Querschnitt von 80 x 3 mm². Es wurden sowohl metallographische Dickenmessungen als auch magnetinduktive und gravimetrische Schichtdickenmessungen durchgeführt. Die Auswertung dieser Messungen in [15] ergab eine extrapolierte weitere Lebensdauer der Zinkschichten von 27 bis 44 Jahren. Bei dem nach Abtrag der Zinkschicht zu erwartenden Stahlabtrag von maximal 5 µm/Jahr und unter der Annahme einer Korrosionszuschlagdicke von 1 mm ergab sich bei gleichmäßigem Abtrag eine aus korrosionstechnischer Sicht weitere Nutzung von über 200 Jahren. Unter einer realistischeren Annahme eines eher muldenförmigen Abtrags halbiert sich dieser Wert. Somit ist eine ausreichende Gebrauchsdauer für dieses Bauwerk gewährleistet. 4.3. Untersuchungen der Testbänder bei einer Stützwand in Bentwisch Bei dem Projekt „Ortsumgehung Bentwisch im Zuge der B105“ nahe Rostock wurde im Jahr 1999/2000 eine Bewehrte-Erde- Stützwand mit Stahlgitterelementen als Außenhaut (System TerraTrel) errichtet. Nach nunmehr fast zehnjähriger Einbauzeit wurde der vorhandene Korrosionsschutz der Bewehrungsbänder mit Hilfe der Entnahme der Testbänder von der Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart (MPA – Otto-Graf-Institut) überprüft [16]. Mindestwert für den spezifischen Bodenwiderstand (gesättigt) Es wurde an zwei verschiedenen Stellen der ca. 5 m hohen, vertikalen Stützwand jeweils ein Testband entnommen. Bei den Testbändern handelt es sich um ca. 1 m lange, feuerverzinkte, gerippte Bewehrungsbänder mit einem rechteckigen Querschnitt von 45 x 5 mm². Es wurden wieder sowohl magnetinduktive Schichtdickenmessungen als auch metallographische Schliffe angefertigt und im Lichtmikroskop untersucht. Beim Einbau waren die Testbänder, wie auch alle anderen statisch Abb. 6.: entnommenes Testband bei der Stützwand in Herborn-Burg (System TerraClass, Deutschland) 4 Österr. Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 154. Jg., Heft 7-9/2009 und Heft 10-12/2009
wirksamen Bewehrungsbänder mit einer Zinkschichtdicke von > 100 µm versehen. Die kleinste verbleibende Zinkschichtdicke wurde mit 59 µm ermittelt. Nach [17] wurden folgende Zinkabtragsraten angesetzt: – Mittlere Anfangskorrosionsgeschwindigkeit bis zu 2 Jahren: 5 µm/Jahr – Mittlere Korrosionsgeschwindigkeit ab 2 Jahren: 1 µm/Jahr Somit ergab sich eine weitere Lebensdauer der Zinkschicht von 59 Jahren. Unter Annahme einer Korrosionszuschlagsdicke von nur 1 mm ergibt sich bei einem gleichmäßigen Abtrag sowie unter der realistischeren Annahme eines eher muldenförmigen Abtrages aus korrosionstechnischer Sicht eine zu erwartende Lebensdauer von > 50 Jahren für das Stahlbewehrungsband. Demzufolge ergibt sich eine weitere Nutzungsdauer von > 109 Jahren. Der theoretische Wert dürfte tatsächlich weitaus höher sein. 5. Typische Anwendungsmöglichkeiten Im weitesten Sinne handelt es sich bei sämtlichen Bewehrte- Erde-Konstruktionen immer um vertikale Stützwände, selten um geneigte Stützkonstruktionen (Steilböschungen). Die vorwiegend vertikalen Stützwände werden nach dem jeweiligen Anwendungsfall unterschieden und eingeordnet. Einige typische Anwendungsmöglichkeiten für das Bauverfahren „Bewehrte Erde“ sollen im Folgenden vorgestellt werden. 5.1. Vertikale Stützwände Vertikale Stützwände als Alternative zur Winkelstützwand aus Stahlbeton, zu einer Schwergewichtsmauer oder zu einer Spundwand stellen den Hauptanwendungsbereich für Bewehrte-Erde-Konstruktionen dar. Der Einsatz muss sinnvoll sein und es müssen diverse Randparameter erfüllt sein. So wird i.A. ein Füllboden benötigt, der den bodenmechanischen sowie bodenchemischen Anforderungen genügt. Es können rollige Böden aber auch gebrochenes Material verwendet werden. Man benötigt ausreichend Platz für die Bewehrungsbänder hinter der Außenhaut (Faustformel: ca. 1,0 · H). Bei Dammverbreiterungen zum Beispiel kann man die Bewehrungsbänder in ihrer Länge auch staffeln. Aufgrund der größeren Auflast auf Bewehrungsbänder der unteren Lagen, können diese unter Umständen kürzer ausgebildet werden. Es können im Bauverfahren „Bewehrte Erde“ auch gering hohe Stützwände errichtet werden, seinen Vorteil spielt es allerdings erst ab einer Höhe von 3 bis 4 m richtig aus. Radien von R < 15 m sind technisch realisierbar. Dafür gibt es spezielle Fertigteile. Wünscht der Bauherr eine optische Gestaltung der Betonfertigteile, so ist dies unter Verwendung spezieller Strukturmatrizen bei der Herstellung der Betonfertigteile möglich. Der obere Abschluss der Bewehrte-Erde-Stützwände bei Systemen mit Betonfertigteilen oder Stahlgitterelementen kann mit einem Kopfbalken erfolgen. 5.2. Rampen Gerade im innerstädtischen Bereich fehlt oftmals der Platz für Böschungen bei Rampen zu Brückenbauwerken. Da bei einer Überführung der gesamte Rampenbereich neu geschüttet werden muss, lässt sich das Bauverfahren „Bewehrte Erde“ hier sehr gut anwenden. Zum größten Teil besteht das Bauwerk aus geschüttetem und verdichtetem Füllboden, der lagenweise in Schüttlagen von 30 bis 40 cm einzubringen ist. Somit macht der reine Erdbau einen großen Teil der Arbeiten aus. 5.3. Brückenwiderlager und Flügelwände Brückenwiderlager aus Bewehrter Erde sind prinzipiell auch vertikale Stützwände, die jedoch zusätzlich zu den üblicherwei- Das Bauverfahren „Bewehrte Erde“ – Überblick und Langzeiterfahrungen Abb. 7.: Entnahme des Testbandes KD1 bei der Stützwand in Bentwisch im Zuge der B105 (System TerraTrel, Deutschland) Abb. 8.: Testband KD1 im Anlieferungszustand, Vergrößerung eines Teilbereiches Abb. 9.: Testband KD1, metallographischer Querschliff: Zinkschicht mit Weißrost, magnetinduktive Zinkschichtdicke: 110 µm Abb. 10.: vertikale Stützwand unter der BAB A3, Breitscheider Kreuz bei Düsseldorf (System TerraClass, Deutschland) Abb. 11.: Projekt S-Bahn EXPO 2000, Hannover-Leinhausen (System TerraClass, Deutschland) Österr. Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 154. Jg., Heft 7-9/2009 und Heft 10-12/2009 5
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