Sanierungsmaßnahmen an Unterführungen des ESK von der Planung bis zur Ausführung

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1 1 Sanierungsmaßnahmen an Unterführungen des ESK von der Planung bis zur Ausführung Vorstellung der bauwerksspezifischen Defizite an den unterschiedlichen Bauwerkstypen

2 2 Bestandsunterlagen 11 Bauwerke 2,5 m 2 Akten, verteilt auf ca 100 Ordner Statiken: ursprünglich, teilweise unvollständig, bis zu 15 Nachträge, heute geordnet und vervollständigt Pläne: ursprünglich, ohne durchgehende Plannummerierung, unübersichtlich, heute sortiert Materialangaben zur Abdichtung der Bauwerke: fehlen weitgehend

3 3 Lastfall 3 (1) Durchströmung eines Dammes

4 4 Lastfall 3 (2) Wasserdrücke hinter einem Stützbauwerk Auftrieb unter einer Aussteifungsplatte

5 5 Lastfall 3 (3) Bodenmechanische Grundlagen

6 6 Lastfall 3 (4) Bodenmechanische Grundlagen

7 7 Systematische Fehler (1) Fehler bei der Berücksichtigung der Sickerströmung Rechnung mit geschätzter Sickerlinie (z.t. falsch geschätzt) Rechnung mit einer gemittelten Sickerlinie, Folge: die ungünstigsten Wasserdrücke bleiben unbeachtet; Konsequenz: ein bereits ertüchtigtes Bauwerk ist erneut zu ertüchtigen. Lastfall 3 nicht beachtet Rechnung mit elektro analog Modell; jedoch werden die Auswirkungen der Sickerströmung lediglich auf der aktiven Seite berücksichtigt

8 8 Das Problem mit der Querkraft, Systematische Fehler (2) Umstellung von DIN 1045 (59) auf DIN 1045 (72) Ermittlung der Längsbewehrung: k h - Tabellen Ermittlung der Querkraftbewehrung: keine einfach zu handhabenden Hilfsmittel verfügbar. Bemessungspraxis Längsbewehrung: Ermittlung nach neuer Norm (DIN 1045 (72)) Bewehrung zur Aufnahme der Querkraft: nach den Tabellen der DIN 1045 (59); die Vorgabe der Norm, die nicht mehr benötigte Längsbewehrung aufzubiegen, wurde jedoch nicht eingehalten. Folge: bei einem beträchtlichen Teil der Stahlbetonquerschnitte fehlt die Bewehrung zur Aufnahme der Querkraft

9 9 Systematische Fehler (3): Dimensionierung der Bauwerksfugen bei den Rahmenbauwerken 504, 505, 506, 508 und 539 sowie beim Bauwerk 532 Angaben zum Material aus dem die Bänder gefertigt wurden, sind nicht mehr verfügbar. Angaben zum Wasserdruck, dem die Bänder widerstehen können als f(s), sind ebenfalls nicht mehr verfügbar.

10 10 Systematische Fehler (4): Berücksichtigung der prognostizierten Setzungsmulden bei der Bemessung der Bauwerke Die in den Gründungsgutachten prognostizierten Setzungsmulden / Verformungsgrößen wurden bei der Bemessung der Bauwerke nicht berücksichtigt

11 11 Bauwerk 505 Der Lastfall 3 wurde bei der Bemessung der Zufahrtsbereiche nicht berücksichtigt Folge: Der Zufahrtsbereich konnte bis zu seiner Ertüchtigung dem LF 3 nicht widerstehen.

12 12 Bauwerk 505 Mitte Portal Die Querkrafttragfähigkeit lässt sich an den Stellen 2 schon im Gebrauchszustand nicht nachweisen. Im Lastfall 3 sind neben den Sohlen auch die Wände betroffen.

13 13 Bauwerk 507 Schnitt durch die Flügelwand

14 14 Bauwerk Strömungsnetz

15 15 Bauwerk 507 Schnittgrößen, Verformungen

16 16 Bauwerk 532

17 Übersicht Grundriss

18 Übersicht Schnitte

19 19 Bauwerk Defizite im Lastfall 1, Gebrauchszustand 1.1 Der für den Straßenverkehr vorgesehene Querschnitt verfügt über keinen Brandschutz 1.2 Die Betonfestigkeit entspricht nicht den Umgebungsbedingungen 1.3 Die Wände verfügen nicht über die erforderliche Mindestbewehrung 1.4 Fahrzeuganprall wurde bei der Bemessung nicht berücksichtigt

20 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Deckenplatten Die Deckenplatten sind z.t. zu schwach bewehrt, da die stabilisierende (rückdrehende) Normalkraft aus der seitlichen Auflagerung im LF 3 nicht übertragen werden kann (vgl. auch Punkt 2.5).

21 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Außenwände Die Außenwände sind nicht in der Lage die Biegemomente aufzunehmen, die im LF 3 (undichte Kanalsohle) entstehen würden. Die Sicherheit gegen Bruch fällt örtlich auf bis zu h = 1,04 ab. Sie sollte, da nach alter Norm gerechnet wurde, h = 1,75 / 1,3 = 1,35 betragen.

22 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Außenwände Die Wände besitzen keine Querkraftbewehrung. Sie sind deshalb nicht in der Lage, die auftretenden Querkräfte abzutragen.

23 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Verankerung der Außenwände im Portalbereich Die Außenwände im Portalbereich sind mit s.g. Toten Männern verankert. Die Verankerungslängen sind zu kurz.

24 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Querkrafttragfähigkeit der Stützwände Die Querkrafttragfähigkeit der mit vorgespannten Ankern stabilisierten Stützwände im Portalbereich ist unzureichend.

25 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Oberes Auflager der Außenwände Die Übertragung der horizontalen Auflagerkraft von den Tunnelaußenwänden auf die Tunneldecke ist nicht gewährleistet.

26 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Fundamentbalken der Mittelwände im Portal Die Fundamentbalken der Mittelwände im Portalbereich sind zu schwach bewehrt. Sie können die ihnen zugedachten Stabilisierungskräfte nicht aufnehmen. 2.6 Fundamantbalken zu schwach bewehrt

27 Defizite im LF Defizite im Fall Kanalsohle undicht bzw. gesunkenes Schiff, LF Fundamentbalken der Außenwände Die Fundamentbalken der Außenwände sind zu schwach bewehrt. Sie können die ihnen zugedachten Stabilisierungskräfte nicht aufnehmen.

28 28 Bauwerk 545

29 29 Bauwerk 545 Berechnungsmodell zur Untersuchung der Standsicherheit 3D-Gesamtmodell lineare Berechnung Modellierung Betonstruktur: 3D-Scheiben-Plattenelemente Modellierung Pfahlgründung: Balkenelemente Lagerung Pfähle: am Fußpunkt in Achsrichtung gelagert auf der gesamten Länge horizontal gebettet

30 30 Bauwerk 545 Berechnungsmodell zur Untersuchung der Standsicherheit Gelenk Gelenk

31 31 Erkenntnisse / Schäden im Gebrauchszustand Tragfähigkeit der Widerlager Flügelwand Nord-West: Die bei der Bauwerksinspektion festgestellten Risse in den Seitenwänden können durch die Nachrechnung nicht erklärt werden. Die Risse sollten gesondert untersucht werden bzgl. der eingelegten Bewehrung und der Risstiefe.

32 Kempfert + Partner Geotechnik 32 Bauwerk 545, Problemzone Flügelwände

33 33 Bauwerk 545, Rissbild der Flügelwände

34 34 Erkenntnisse / Schäden Tragfähigkeit der Widerlager Es ist zu erwarten, dass die Fugenbänder in den Fugen zwischen den Widerlagern und den Flügelwänden die auftretenden Dehnungen im außergewöhnlichen Lastfall nicht aufnehmen können und versagen. Fugenband s Maßnahmen / Ertüchtigung û Ertüchtigungsmaßnahmen unseres Erachtens erforderlich Möglichkeit: Die Widerlager stabilisieren sich gegenseitig durch zusätzlich herzustellende Auflager am Stahltrog. Hor. Verschiebung der WL an der Auflagerbank gemessene Verformung (ab Fertigstellung bis heute) Zusätzliche Verformung im LF3 (aus einer 2D-Plaxis Berechnung) s [mm] Gesamtverformung im LF 3 ca. 40 à zusätzl. Öffnung der Fuge oben im LF3 ~ 28 mm

35 35 Erkenntnisse / Schäden im Gebrauchszustand Tragfähigkeit der Widerlager Flügelwand Nord-West: Bei der Bauwerksprüfung wurde festgestellt, dass sich die Bauwerksfuge unplanmäßig geöffnet hat

36 36 Bauwerk 545, Verankerung? der mittleren Rippe

37 37 Bauwerk 545 Defizite im Lastfall 3 Beim Bau der Widerlager wurde eine Dränage eingebaut, die den Wasserdruck im Lastfall 3 vermindern soll. Da der Bau der Dränage nicht dokumentiert wurde (Kornverteilung, Filterstabilität, Geometrie) darf sie rechnerisch nicht angesetzt werden. Es müssen deshalb nachträglich Dränagen eingebaut werden, damit das Bauwerk im Lastfall 3 nicht überbeansprucht wird.

38 38 Konsequenzen aus den erkannten Unzulänglichkeiten Bei der Bearbeitung von anspruchsvollen Ingenieurbauwerken sollte immer auf erfahrenes Personal zurückgegriffen werden. Die Anwendung von entsprechenden Rechenprogrammen allein genügt nicht. Die Arbeiten sollten zu auskömmlichen Bedingungen vergeben werden. Die gelebte Praxis, die Erstellung der kompletten Ausführungsunterlagen allein dem finanziellen Wettbewerb zu überlassen sollte beendet werden. Für die Erstellung der Ausführungsunterlagen sollte ausreichend Zeit zur Verfügung gestellt werden.

39 39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit