Bauen im Bestand Fragestellungen und Herausforderungen für die Betonbauweise Jürgen Schnell. VdZ Jahrestagung Zement 11.

Transkript

1 Bauen im Bestand Fragestellungen und Herausforderungen für die Betonbauweise Jürgen Schnell VdZ Jahrestagung Zement 11. September 2014 Düsseldorf Nr.: 1 / 52

2 Fragestellungen Warum ist Bauen im Bestand so aktuell? Düsseldorf Nr.: 2 / 52

3 Warum ist Bauen im Bestand so aktuell? Düsseldorf Nr.: 3 / 52

4 Warum ist Bauen im Bestand jetzt so aktuell? Düsseldorf Nr.: 4 / 52

5 Fragestellungen Was unterscheidet Neubau und Bestandsbau? Düsseldorf Nr.: 5 / 52

6 Was unterscheidet Neubau und Bestandsbau? Baujahr 2014 Baujahr 1973 Düsseldorf Nr.: 6 / 52

7 Bestand: zusätzliche Informationen zu Fehlerquellen (im Stahlbetonbau) Die meisten Einstürze ereignen sich während der Bauzeit oder in den ersten Jahren der Nutzung [Matousek/Schneider]: 74 % in den ersten 5 Jahren Tragwerksversagen nach langer bestimmungsgemäßer Nutzung ist die Ausnahme Düsseldorf Nr.: 7 / 52

8 Fragestellungen Wann wird ein Neubau zum Bestandsbau? Düsseldorf Nr.: 8 / 52

9 Wann wird ein Gebäude zum Bestandsbau? Düsseldorf Nr.: 9 / 52

10 Fragestellungen Wie alt darf der Bestand sein? Düsseldorf Nr.: 10 / 52

11 Wie alt darf der Bestand sein? Pantheon, Rom, ca. 120 n. Chr, Düsseldorf Nr.: 11 / 52

12 1884 Wasserturm Eduard Züblin 1897 Conrad Freytag Düsseldorf Nr.: 12 / 52

13 Fragestellungen Wie unterscheiden sich Stahlbetonbau und Stahlbau im Bestand? Düsseldorf Nr.: 13 / 52

14 Wie unterscheiden sich Stahlbetonbau und Stahlbau im Bestand? Stahlbetonbau im Bestand Tatsächliche Streuung der Basisvariablen kann ermittelt werden oftmals geringer als in Bemessungsnorm angenommen (Festigkeiten, Geometrie) Nacherhärtung + + Rissbildung Verformungen Korrosion Stahlbau Korrosion Ermüdung Düsseldorf Nr.: 14 / 52

15 Fragestellungen Wieviel Standsicherheit wollen wir? Düsseldorf Nr.: 15 / 52

16 Wieviel Sicherheit wollen wir? Düsseldorf Nr.: 16 / 52

17 Häufigkeitsverteilung von Einwirkungen und Widerständen Einwirkungen (Lasten) Widerstände (Tragfähigkeit) Teilsicherheitsbeiwerte E, R Düsseldorf Nr.: 17 / 52

18 Sicherheitskonzept EC 0 z Versagen p f T z z f ( R ) f ( E ) Zuverlässigkeitsindex T = 3,8 Versagenswahrscheinlichkeit 50 Jahre lang: 1: / (Jahr, Nachweisquerschnitt) Düsseldorf Nr.: 18 / 52

19 Nicht alle Risiken werden abgedeckt Düsseldorf Zürich Nr.: 19 / 52

20 Aspekte zur Modifizierung des Sicherheitsniveaus beim Bauen im Bestand Die Umsetzung des gleichen Zuverlässigkeitsniveaus kann im Bestandsfall ungleich höhere Kosten verursachen Düsseldorf Nr.: 20 / 52

21 Aspekte zur Modifizierung von Sicherheitsbeiwerten beim Bauen im Bestand schadensfrei gebliebenen Tragwerken kann eine geringere Versagenswahrscheinlichkeit (erhöhte Zuverlässigkeit) attestiert werden. gleiches Sicherheitsniveau erfordert höhere Kosten Absenkung des Zuverlässigkeitsindexes (auf z. B.: = 3,2) berechtigt? Düsseldorf Nr.: 21 / 52

22 Wie wirkt sich eine begrenzte Restlebensdauer aus? Düsseldorf Nr.: 22 / 52

23 Wie wirken sich eine begrenzte Restlebensdauer und Monitoring aus? Düsseldorf Nr.: 23 / 52

24 Fragestellungen Was tun, wenn sich Vorschriften ändern? Düsseldorf Nr.: 24 / 52

25 Was tun, wenn sich Vorschriften ändern? Düsseldorf Nr.: 25 / 52

26 Fragestellungen Sind Probebelastungen sinnvoll? Düsseldorf Nr.: 26 / 52

27 Sind Probebelastungen sinnvoll? Düsseldorf Nr.: 27 / 52

28 Sind Probebelastungen sinnvoll? Düsseldorf Nr.: 28 / 52

29 Probebelastungen Düsseldorf Nr.: 29 / 52

30 Probebelastungen Kraft-Weg 1 18 Ziellast Kraft [kn] Richtlinie Probebelastungen Ausgabe ,2 0,4 0,6 0,8 1 Weg1 [m m ] Typische Kraft-Weg-Diagramm bei einem erfolgreichen Belastungsversuch Düsseldorf Nr.: 30 / 52

31 Dürfen Festigkeiten aus alten Normen umgerechnet werden? Düsseldorf Nr.: 31 / 52

32 Darf vorhandenen Plandokumenten vertraut werden? Düsseldorf Nr.: 32 / 52

33 Darf vorhandenen Plandokumenten vertraut werden? Düsseldorf Nr.: 33 / 52

34 Historischer Stahlbeton Normenverlauf Zeitraum Bemessung Festlegung der Materialeigenschaften Materialprüfung (Druckfestigkeit) Preußische Bestimmungen Preußische Bestimmungen Preußische Bestimmungen Preußische Bestimmungen DAfEb DAfEb Anhang DAfEb DIN 1045 September 1925 DIN 1045 September 1925 DIN 1048 September DIN 1045 April 1932 DIN 1045 April 1932 DIN 1048 April DIN 1045 Mai 1937 DIN 1045 Mai 1937 DIN 1048 Oktober DIN 1045 April 1943 DIN 1045 April 1943 DIN x DIN 1045 November 1959 DIN 1045 November 1959 DIN x DIN 1045 Januar 1972 DIN 1045 Januar 1972 DIN 1084 Blatt 1-3 Februar 1972 DIN 1048 Blatt 1 Januar 1972 Düsseldorf Nr.: 34 / 52

35 Zeitraum ab 2001 Referenzform der Probekörper zur Ermittlung Betondruckfestigkeiten Würfelform, Kantenlänge = 30 cm Würfelform, Kantenlänge = 20 cm Würfelform, Kantenlänge = 20 cm Würfelform, Kantenlänge = 20 cm Würfelform, Kantenlänge = 20 cm Zylinderform, Durchmesser/Höhe = 15/30 cm Definition Druckfestigkeit Definition der Betonfestigkeit mittlere Druckfestigkeit 200er Würfel 27 Tagen, trocken gelagert Betongüten ab 1943 Definition der Betonklassen 5%-Quantile der Grundgesamtheit 200er Würfel 27 Tage nass (europäisch) 27 Tagen trocken gelagert (D) Düsseldorf Nr.: 35 / 52

36 Umrechnung mittlerer Druckfestigkeiten in charakteristische Druckfestigkeiten Beispiel: Betonfestigkeiten von 1916 bis 1943? 1 ck cm,cube200 (0,05) 150 / 200 cube / cyl L f f k k k 1 (0,05) 1,645 inverse Normalverteilung mit der Wahrscheinlichkeit 5% (tabelliert) Düsseldorf Nr.: 36 / 52

37 Fragestellungen Streuung Druckfestigkeit? Düsseldorf Nr.: 37 / 52

38 Streuung der Betondruckfestigkeit auf Baustellen der 1950er Jahre σ [kp/cm²] 50 σ 1 2 0,197 f 3,19 2 cm,cube200 N/mm f cm (200er Würfel) [kp/cm²] [Rüsch 1969] Düsseldorf Nr.: 38 / 52

39 Charakteristische Betondruckfestigkeiten von 1916 bis 1972 Zeitraum DAfEb DIN 1045: DIN 1045: DIN 1045: Betonfestigkeitsgüte / klasse f ck [N/mm 2 ] Festigkeitsklasse nach DIN EN W28 = 150 kg/cm 2 8,0 C8/10 W28 = 180 kg/cm 2 9,5 C8/10 Wb28 = 100 kg/cm 2 5,0 - Wb28 = 130 kg/cm 2 7,0 - Wb28 = 180 kg/cm 2 10,0 C8/10 Wb28 = 120 kg/cm 2 6,5 - Wb28 = 160 kg/cm 2 8,5 C8/10 Wb28 = 210 kg/cm 2 12,0 C12/15 B 120 6, DIN 1045: DIN 1045: B ,0 C8/10 B ,0 C12/15 B ,0 C20/25 B ,0 C30/37 Düsseldorf Nr.: 39 / 52

40 Fragestellungen Was ist bei der Bestandsaufnahme von Stahlbetontragwerken zu beachten? Düsseldorf Nr.: 40 / 52

41 Was ist bei der Bestandsaufnahme zu beachten? Düsseldorf Nr.: 41 / 52

42 Was ist bei der Bestandsaufnahme zu beachten? Düsseldorf Nr.: 42 / 52

43 Grundgesamtheit? Foto: Bilfinger SE Düsseldorf Zürich Nr.: 43 / 52 Quelle: Bilfinger SE

44 Beispiel: Bestandsanalyse Straßenbrücke, l= 270 m Düsseldorf Nr.: 44 / 52

45 Probengröße? Foto: Bilfinger SE Düsseldorf Zürich Nr.: 45 / 52 Quelle: Bilfinger SE

46 Einfluss Probendurchmesser auf die Bohrkernfestigkeit Streuung! Schlankheit 1,0 Düsseldorf Nr.: 46 / 52

47 Ermittlung der Betonfestigkeit am Tragwerk Umrechnungsbeiwert 1/0,85 darf bei der Ermittlung des Teilsicherheitsbeiwertes für Beton entfallen Düsseldorf Nr.: 47 / 52

48 Wie entwickeln sich die Regelwerke? Düsseldorf Nr.: 48 / 52

49 Nationale Regelwerke für das Bauen im Bestand Sachstandsbericht Düsseldorf Nr.: 49 / 52

50 DBV-Merkblatt: Bauen im Bestand - Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte für Stahlbetonbauteile Eckpunkte für Praktiker ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie anwendbar Bemessung von Bestandsbauten (ausschließlich) nach Eurocode 2 Aufrechterhaltung des bauaufsichtlich geforderten Zuverlässigkeitsniveaus Modifikation von Teilsicherheitsbeiwerten nur auf der Widerstandsseite Düsseldorf Nr.: 50 / 52

51 Weiterentwicklung der Eurocodes Technical Report Mandatierung Technical Specification EC 0 Technical Report Spiegelung DAfStb UA Düsseldorf Nr.: 51 / 52

52 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Düsseldorf Nr.: 52 / 52

53 Fragestellungen Sind Lastbegrenzungseinrichtungen sinnvoll? Düsseldorf Nr.: 53 / 52

54 Sind Lastbegrenzungseinrichtungen sinnvoll? Düsseldorf Nr.: 54 / 52

55 Fragestellungen Warum ist Bauen im Bestand so aktuell? Düsseldorf Nr.: 55 / 52

56 Warum ist Bauen im Bestand jetzt so aktuell? Düsseldorf Nr.: 56 / 52

57 DBV-Merkblatt: Modifizierte Teilsicherheitsbeiwerte für Stahlbetonbauteile Europäische Regelwerke für das Bauen im Bestand - Schweiz Normenreihe SIA Österreich ONR Niederlande Normenreihe NEN 8700 Düsseldorf Neu-Ulm, Betontage Nr.: 57 / 52 47

58 Zusammenhang Druck / Zugfestigkeit [N/mm²] Düsseldorf Nr.: 58 / 52