6. Dresdner Betontag Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken und Bauwerksteilen nach der neuen DIN EN 13791

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1 6. Dresdner Betontag Bewertung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken und Bauwerksteilen nach der neuen DIN EN Dr.-Ing. W. Köhler, SAXOTEST Ing.GmbH, Kaitzgrund 1, Dresden

2 Gliederung 1. Übersicht der neuen Norm 2. Anwendung der Norm 2.1 Prüfung mit Bohrkernen 2.2 Indirekte Prüfverfahren 3. Kritik der Norm (oder die Probleme der Anwender) 4. Herangehensweise in anderen Baubereichen 5. Vorschlag für Prüfkonzept Dr.-Ing. W. Köhler 2

3 Übersicht DIN EN EN 13791, Deutsche Fassung von 2007 (28 Seiten) Nationaler Anhang NA (normativ) als Nationale Anwendungsregel (10 Seiten) DIN EN von Mai 2008 (38 Seiten) Dr.-Ing. W. Köhler 3

4 Übersicht DIN EN Verfahren zur Abschätzung der Druckfestigkeit von Beton in Bauwerken und Fertigteilen Anwendung und Bewertung der zerstörungsfreien und zerstörenden Prüfung der Druckfestigkeit von Beton Anwendung bei : - Bewertung von Tragwerken bei Umbau oder nach Schaden - bei negativen Ergebnissen der Konformitäts-/ Annahmeprüfung - bei Zweifeln an der Bauwerksfestigkeit! Keine Anwendung! : - als Ersatz für Überprüfung der Konformität oder der Identität, - nur wenn bei Prüfungen nach Verfahren der DIN 1045 keine ausreichende Druckfestigkeit nachgewiesen wurde, dann darf für Tragfähigkeitsnachweis die Bauwerksdruckfestigkeit nach bestimmt werden Dr.-Ing. W. Köhler 4

5 Übersicht DIN EN Bezug zu weiteren Normen Durchführung der Prüfungen erfolgt nach: DIN EN Prüfung von Beton in Bauwerken 1 Bohrkernproben 2 Bestimmung der Rückprallzahl 3 Bestimmung der Ausziehkraft 4 Bestimmung der US-Geschwindigkeit Die Norm DIN EN enthält keine Angaben zur Prüfungsdurchführung. Dr.-Ing. W. Köhler 5

6 Begriffe und Formelzeichen f ck charakteristische Druckfestigkeit von Normprüfkörpern f is Prüfergebnis der Druckfestigkeit des Bauwerksbetons f ck,is charakteristische Druckfestigkeit des Bauwerksbetons f ck,is,würfel Angabe als Äquivalent eine Würfels 150 mm (Berechnung mit Teilsicherheitsbeiwert von 0,85 damit Würfelfestigkeit x 0,85 = Bauteilfestigkeit wie bisher in DIN 1048) f is, niedrigst niedrigstes Prüfergebnis f m(n), is Mittelwert von n Prüfergebnissen f c,is,bohrkern50 Prüfergebnis luftgelagerter Bohrkerns mit 50 mm Durchmesser k, k 1, k 2 Koeffizienten (k 2 = 1,48) s Standardabweichung (min 2 N/mm²) R Ergebnis der Rückprallhammerprüfung Dr.-Ing. W. Köhler 6

7 Anwendung der Norm - Bohrkernprüfung Bohrkernprüfung ist Referenzprüfung Druckfestigkeit eines luftgelagerten Bohrkerns mit 100 mm oder 150 mm darf der Druckfestigkeit eines bis zur Prüfung wassergelagerten Würfels mit 150 mm Kantenlänge gleichgesetzt werden. Bei Bohrkern mit 50 mm Durchmesser sind 90% der Festigkeit anzusetzen. h/d = 1( 10%), min d = 50 mm für weitere Einflussfaktoren keine Korrekturwerte angegeben (Betonalter, Entnahmerichtung, Feuchtegehalt, Bewehrung!) Anzahl der Bohrkerne: nach DIN Abschnitt A2 (ÜK2 bzw.ük3) d 100 mm : 1-fache Anzahl d < 100 mm und Größtkorn 16 mm: 1,5-fache Anzahl d < 100 mm und Größtkorn > 16 mm: 2- fache Anzahl Dr.-Ing. W. Köhler 7

8 Anwendung der Norm nach Abschnitt 7 Bewertung der charakteristischen Druckfestigkeit von Bauwerksbeton: min 3 Bohrkerne vor Prüfung min 3 Tage (min 12 Stunden bei trockenen Bauteilen) bei Laborklima gelagert Ansatz A bei 15 Bohrkernen Ansatz B bei 3 bis 14 Bohrkernen Bei beiden Ansätzen wird im Ergebnis eine Druckfestigkeitsklasse C ermittelt Dr.-Ing. W. Köhler 8

9 Charakt. Druckfestigkeit nach Ansatz A ( 15 BK) Maßgebend ist der niedrigere der beiden folgenden Werte: f ck,is = f m(n),is k 2 x s (k 2 = 1,48 und s Standardabweichung, min 2 N/mm²) Oder f ck,is = f is,niedrigst + 4 mit f ck,is = f ck x 0,85, wie bisher in DIN 1048! ( z.b. C 20/25 ergibt sich: f ck,is =20/25 x 0,85=17/21 N/mm²) Dr.-Ing. W. Köhler 9

10 Charakt. Druckfestigkeit nach Ansatz B (3-14 BK) Maßgebend ist der niedrigere der beiden folgenden Werte f ck,is = f m(n),is k mit k= 5 bei n = Oder k= 6 bei n = 7-9 k= 7 bei n = 3-6 f ck,is = f is,niedrigst + 4 Dr.-Ing. W. Köhler 10

11 Anwendung der Norm nach Abschnitt 9 Bei Streitfällen sollen Ansatz A bzw. B nicht angewendet werden, daher Beurteilung in Fällen, in denen Zweifel über die auf der Grundlage von Standardprüfungen ermittelte Konformität von Beton bestehen. Dies setzt die üblichen Prüfungen des Betons bei Herstellung und Einbau voraus! Im Ergebnis wird ein Nachweis erbracht, dass der Beton einer übereinstimmenden Gesamtheit entstammt und eine ausreichende bzw. angemessene Festigkeit besitzt. Dr.-Ing. W. Köhler 11

12 Anwendung der Norm nach Abschnitt 9 Bewertung nach Größe des Prüfbereiches A) Große Betonmenge-viele Betonchargen a) nur Bohrkernprüfungen Anzahl n 15 f m(n), is 0,85(f ck + 1,48 xs) und f is,niedrigst 0,85(f ck 4) Dr.-Ing. W. Köhler 12

13 Anwendung der Norm nach Abschnitt 9 b) nach Vereinbarung zwischen den Vertragsparteien Indirekte Prüfungen mit n 15 und Bohrkernprüfungen mit n 2 Mit indirekter Prüfung Bereich der geringsten Festigkeit am Bauteil feststellen, daraus min 2 Bohrkerne Bewertung nach Einzelwertkriterium f is,niedrigst 0,85(f ck -4) Dr.-Ing. W. Köhler 13

14 Anwendung der Norm nach Abschnitt 9 B) Beton in begrenztem Bereich aus nur einigen Betonchargen Auswahl von 2 Bohrstellen Nachweiskriterium: f is,niedrigst 0,85(f ck 4) Dr.-Ing. W. Köhler 14

15 Beispiel Prüfbericht Nr. BK / 2008 zur Bestimmung der Druckfestigkeit; laut Auftrag vom Entnahmestelle: Ortsanbindung Probe: Kern l Flügel links Richtung Kern 2 Widerlager Kern 3 Flügel rechts Richtung Sollfestigkeit C35/45 Prüfung: Ergebnis: Nr. Durchm. Fläche Volumen Gew. V Buchlast Druckfestigk. Höhe mm mm mm² cm³ g g/cm³ N N/mm² 1 92,0 99, , , , ,6 100, , , ,4 99, , , ,77 Mittelwert 44,07 Bemerkung: Die Kernhöhe ergibt sich nach schneiden und schleifen der Prüfkörper Dr.-Ing. W. Köhler 15

16 Beispiel Auswertung nach DIN 1048 Für B 45 (C 35/45) 0,85 x β WN = 0,85 x 45 = 38 N/mm² < 41,5 0,85 x β WS = 0,85 x 50 = 42 N/mm² < 44 B 45 (C35/45) nachgewiesen! Dr.-Ing. W. Köhler 16

17 Beispiel Bewertung nach DIN EN Als Charakteristische Druckfestigkeit Abschnitt 7 3 Prüfergebnisse damit: Ansatz B f ck,is = f m(3),is k = 44 7 = 37 N/mm² f ck,is = f is,niedrigst +4 = 41,5 +4 = 45,5 N/mm² Kleinster Wert f ck,is = 37 N/mm², damit Einstufung in C 30/37! (Für C 35/45 wäre f ck,is 0,85 45 = 38 N/mm 2 erforderlich.) Dr.-Ing. W. Köhler 17

18 Beispiel Bewertung nach DIN EN Abschnitt 9, da Baustellenprüfungen vorhanden, aber Zweifel an Konformität f is,niedrigst 0,85 (f ck -4) Für C 35/45 f is,niedrigst 0,85(45-4) = 34,8 N/mm² 41,4 > 34,8 Bestätigt! Für C 40/50 f is,niedrigst 0,85(50-4) = 39,1 N/mm² 41,4 > 39,1 Bestätigt! Nachweis gelingt auch für C40/50! Dr.-Ing. W. Köhler 18

19 Beispiel-Ergebnis DIN 1048 B 45 (C35/45) nachgewiesen DIN EN Abschnitt 7 Charakt. Bauwerksfestigkeit nur C 30/37 DIN EN Abschnitt 9 Nachweis auch für C 40/50 möglich Sollfestigkeit war C 35/45 Fazit: Ergebnis ist von Fragestellung abhängig! Dr.-Ing. W. Köhler 19

20 Anwendung der Norm-Indirekte Prüfverfahren EN Abschnitt 8: Kalibrierung mit Bohrkernprüfungen für Rückprallhammer-Prüfung Ultraschall-Geschwindigkeit Ausziehprüfung Nationaler Anhang Ergänzung: NA.4.5 Rückprallhammer-Prüfung ohne Korrelation mit der Bohrkernfestigkeit NA.4.6 Rückprallhammer-Prüfung mit Aufstellung der Bezugsgraden W Dr.-Ing. W. Köhler 20

21 NA.4.5: Rückprallhammer Ohne Korrelation mit Bohrkernfestigkeit Verfahren nicht für Leichtbetone und hochfeste Betone geeignet Gemäß DIN EN : zuverlässige Schätzung der Rückprallzahl bei Karbonatisierungstiefe > 5 mm keine Auswertung mit Tabellenwerten mindestens dreifache Anzahl von Messstellen gegenüber der in DIN festgelegten Prüfkörperanzahl, d.h. 9! Bestimmung des Median an jeder Messstelle, d.h. je Messstelle min 9 Schläge (9 x 9=81) Dr.-Ing. W. Köhler 21

22 NA.4.5: Rückprallhammer Ohne Korrelation mit Bohrkernfestigkeit Median: zentraler Wert der geordneten Einzelwerte, kein Mittelwert! Korrektur des Medianwertes zur Berücksichtigung der Schlagrichtung, lt. Norm nach Anweisung Hersteller Antwort Fa. Proceq : Die Berücksichtigung der Schlagrichtung erfolgt über die Verwendung der entsprechenden Umwertkurve auf dem Umwertschild des Hammers oder in der Bedienungsanleitung. Dr.-Ing. W. Köhler 22

23 NA.4.5: Rückprallhammer Ohne Korrelation mit Bohrkernfestigkeit Umwertungskurve Korrekturwerte für Schlagrichtung als Beispiel Wert Horizontal (Skt) Korrektur Nach unten (-90 ) Korrektur Nach oben (+90 ) , ,5-4, ,5-4, , Dr.-Ing. W. Köhler 23

24 NA.4.5: Rückprallhammer Ohne Korrelation mit Bohrkernfestigkeit Rückprallzahlen und vergleichbare Druckfestigkeiten nach DIN Druckfestigkeitsklasse Mindestmedian für jede Messstelle (Skt) Mindestmedian für jeden Prüfbereich (Skt) C 8/ C 12/ C 16/ C 20/ C 25/ C 30/ C 35/ C 40/ C 45/ C 50/ Dr.-Ing. W. Köhler 24

25 Beispiel: C 25/30 9 Messstellen (81 Werte) Rückprallwerte MS 4 Median für MS 4: 37 (Mittelwert 35) Werte MS 4: Prüfbereich von 9 MS Prüfbereichmedian 42 (Mittelwert 41) Mindestmedian 37 Prüfbereichswerte: Dr.-Ing. W. Köhler 25

26 Kritik der Norm (oder die Probleme der Anwender) Widersprüche zwischen Deutscher Fassung der EN und nationalem Anhang Widersprüche im Anwendungsbereich der Norm und dem Ablaufplan der Norm z.b.: - Konformitätsnachweis ausgeschlossen, aber in Ablaufplan enthalten - Ablaufplan NA 1 entspricht nicht dem Inhalt der Norm (Bewertung nach Abschnitt 7 und Abschnitt 9 wird gleichgesetzt mit dem Ergebnis Bauwerksfestigkeit, das ist falsch! ) Vielzahl von Formelzeichen, Formelzeichen mit Indizes GUT Aufpassen!! Verwendung gleicher Konstanten bei der Auswertung unabhängig von Betonklasse Standardabweichung (min 2 N/mm²) völlig von Praxiserfahrungen (min 4 N/mm² bei niedrigen bis 6 N/mm² bei höheren Betonklassen) entfremdet! Dr.-Ing. W. Köhler 26

27 Kritik der Norm (oder die Probleme der Anwender) Keine Begrenzung des Bewehrungsgrades bei Bohrkernen Ungenaue und indifferente Begriffe wie - luftgelagert ohne Angabe zu Lagerungsbedingungen - begrenzte Menge und eingegrenzter Bereich was ist das?? Gleichwertige Verwendung von Begriffen mit verschiedenem Inhalt: Bohrstelle = Bohrkern = Bohrkernprüfung = Probe = Prüfkörper??? Aber an einer Bohrstelle und aus einem Bohrkern können mehrere Prüfkörper hergestellt werden! Anzahl von Bohrkernen und Messstellen nach DIN gefordert: Hier aber Anzahl der Prüfungen von ÜK 2 oder ÜK 3 abhängig und damit von Betonmenge und Betoniertagen (technologisch) Kritik kann beliebig fortgesetzt werden Früher 2 Normen (1045/1048) ausreichend für die Bewertung von Bauwerksbeton und heute? Dr.-Ing. W. Köhler 27

28 Bestimmung der Druckfestigkeit von Beton in anderen Baubereichen ZTV-W Schutz und Instandsetzung der Betonbauteile von Wasserbauwerken, LB Altbetonklassen Die instand zu setzenden Betonbauteile oder Abschnitte hiervon sind aufgrund ihrer zum Zeitpunkt der Instandsetzung vorhandenen Eigenschaften in Altbetonklassen gemäß Tabelle 0.2 einzuordnen. Maßgeblich für die Einordnung ist die ungünstigere Untergrundeigenschaft (Druckfestigkeit oder Abreißfestigkeit). Instand zu setzende Bauteilbereiche mit lokal abweichenden Eigenschaften sind durch entsprechende Untersuchungen einzugrenzen. Tabelle 0.2: Einordnung des Altbetons im Bereich der Instandsetzungsebene 1) Altbetonklasse Druckfestigkeit 1) Abreißfestigkeit 2) Mittelwert Kleinster Einzelwert N/mm² N/mm² N/mm² A1 <10 A2 >10 0,8 0,5 A3 >20 1,2 0,8 A4 >30 1,5 1,0 Mittelwert der Druckfestigkeit (Bestimmung nach DIN EN ) 2) Kleinster Einzelwert / Mittelwert (Bestimmung Dr.-Ing. nach W. DIN Köhler EN 1542) 28

29 Bestimmung der Druckfestigkeit von Beton in anderen Baubereichen Deutsche Bahn AG Richtlinie 805 Tragsicherheit bestehender Eisenbahnbrücken gültig ab Baustoffeigenschaften für Beton Verfahren zur Gewinnung von charakteristischen Werten des Betons 4 Bauwerke aus Beton (1) Ein Festlegung der Betonfestigkeitsklasse auf Grund von Baustoffprüfungen ist zulässig. Grundlage der Prüfung ist DIN Ergänzend gelten die folgenden Festlegungen. Für Betone vor 1955 kann eine Oberprüfende Auswertung zweckmäßig sein. (2) Zur Ermittlung der charakteristischen Werte des Betons sind folgende Verfahren anzuwenden: Bohrkernprüfung oder - Ultraschallprüfung oder - Rückprall- und Kugelschlagprüfung. Die Ultraschall-, Rückprall- und Kugelschlagprüfungen dürfen nur in Verbindung mit einer Kalibrierung an Bohrkernen, die aus dem Bauteil entnommen wurden, angewendet werden. Dr.-Ing. W. Köhler 29

30 Vorgehensweise - Prüfkonzept 1. Benutzen Sie den Ingenieurverstand! 2. Benutzen Sie den Ingenieurverstand! 3. Benutzen Sie den Ingenieurverstand! 4. Norm nicht als Koch rezept benutzen! 5. Klärung der Aufgabenstellung Wenn DIN 1048, dann Prüfung wie bisher Wenn DIN EN dann 2 Fälle unterscheiden Dr.-Ing. W. Köhler 30

31 Prüfkonzept Beton-Bauwerk Bestehendes Alt Bauwerk DIN 1048 Bestehendes Alt Bauwerk DIN EN fck,is Neubau DIN EN Bohrkern- oder Rückprallhammer- Prüfung Wie bisher Bewertung des Tragwerkes? Umbau; Umplanung, Schaden Bewertung des Tragwerkes? fck,is Zweifel an Betongüte? Betonfestigkeitsklasse Bohrkernprüfung Abschnitt 7 Bohrkernprüfung Abschnitt 7 Prüfung Abschnitt 9 Indirekte Methoden Abschnitt 8 bzw. NA Indirekte Methoden Abschnitt 8 bzw. NA Annahme des Betons? Dr.-Ing. W. Köhler 31

32 Vielen Dank, Thank You, Merci beaucoup für Ihre Aufmerksamkeit, for your attention, pour votre attention! Dr.-Ing. W. Köhler 32

33 Tabelle 12: Nachweiswerte R EP als Zielfestigkeit für die Eignungsprüfung gemäß TGL 33412/01 Betonklasse Zielfestigkeit für den Nachweiswert R EP [N/mm²] Berücksichtigte max. Standardabweichung s max der Praxis [N/mm²] Bk ,1 Bk 7,5 16 4,3 Bk ,6 Bk 12,5 22 4,8 Bk ,1 Bk ,6 Bk ,6 Bk ,6 Bk ,1 Bk ,1 Bk ,6 Bk ,6 Bk ,6 Dr.-Ing. W. Köhler 33