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Die Beton-Zerstörer von Bochum

17.03.2014, von , in Karte anzeigen

Viel Kraft für die Sicherheit

Durch solche Tests werden Brücken in Zukunft noch sicherer

Durch solche Tests werden Brücken in Zukunft noch sicherer

Wie viel Belastung hält eine Brücke aus? Oder eine Decke in einer Sporthalle? Und: Wie stabil ist ein Tunnel? Das kann man mit Computern berechnen. Aber das in Praxis-Versuchen zu testen war bislang schwer. Schließlich kann man ja nicht nur zu Testzwecken solche riesigen Bauwerke errichten. An der Ruhr-Universität Bochum wird an einem neuen wirklichkeitsnahen Testverfahren für die Belastbarkeit von Stahlbeton-Bauten geforscht. Damit Gebäude, Brücken und Tunnel künftig noch sicherer sind.

Etwa seit hundert Jahren wird die Tragfähigkeit und Statik von Stahlbeton erforscht. Bislang wird dafür die so genannte Dreipunktbiegemethode verwendet. Das heißt, ein Betonbalken oder eine Platte werden links und rechts auf etwas drauf gelegt und auf die Mitte wird Kraft ausgeübt, bis der Beton Risse zeigt oder durchbricht. Diese Methode ist aber sehr materialaufwendig. Deshalb hat sich der Lehrstuhl „Massivbau“ an der Ruhr-Universität eine neue Methode überlegt.

 

Kurz wie ein Kleinkind, aber hundert Mal so schwer

Die Bochumer Bau-Ingenieure machen sich die Symmetrie zunutze. Dafür nehmen sie ein nur halb so dickes Betonteil und simulieren die andere, fehlende Hälfte. Wie das verlässlich funktioniert, daran tüfteln die Forscher um Karsten Winkler vom Lehrstuhl für Massivbau seit mehreren Jahren.

Jeder Millimeter zählt: Die Messinstrumente werden genauestens justiert

Jeder Millimeter zählt: Die Messinstrumente werden genauestens justiert

Der Betonbalken, der getestet wird, ist 190 Kilogramm schwer, obwohl er mit einem Meter Länge gerade mal so groß ist wie ein Kleinkind. Auf den Balken sind mehrere Kameras gerichtet, die im Sekunden-Takt Aufnahmen machen. In ihm drin und außen dran sind viele Messinstrumente angeschlossen. Zunächst wird mechanische Spannung an der angenommenen Schnittkante des Balkens aufgebaut, um die vermeintliche zweite Hälfte zu simulieren.

190 Kilo schweben in der Luft

Allein der Versuchsaufbau ist schon sehr aufwendig, weil erst Methoden gefunden werden mussten, um die Kraft der zweiten Balken-Hälfte zu simulieren, ohne den Beton dabei zu zerstören. Immer wieder wird mithilfe einer klassischen Wasserwaage geprüft, ob der Balken sich nicht schon beim Versuchsaufbau seitlich neigt. Immerhin sollen mithilfe eines Kompressors 35 Tonnen Zugkraft ausgeübt werden. Der Balken ist an einer Seite an einer Metallplatte fixiert, der Rest hängt horizontal in der Luft, als ob er schwebt.

Ein Hydraulik-Zylinder drückt dann den Betonbalken nach unten. Sehr langsam wird der Druck erhöht. 5 Millimeter pro Minute. Bei einem Referenzversuch nach der herkömmlichen Methode hat ein baugleicher Balken 5 Tonnen Last ausgehalten, bis er gerissen ist. Tückisch bei Stahlbeton ist, dass man die Veränderung kaum sieht. Nur langsam zeigen sich minimale, mit bloßem Auge kaum sichtbare Risse. Deswegen dokumentieren die Kameras den Versuch auch minutiös.

Tückischer Beton: Er reißt still und leise

Das war dann doch zu viel. Bei knapp 7 Tonnen Last reißt der Beton schließlich doch

Das war dann doch zu viel. Bei knapp 7 Tonnen Last reißt der Beton schließlich doch

Die Last auf dem Betonbalken steigt immer weiter an. 5 Tonnen presst der Hydraulik-Zylinder mittlerweile auf den Balken. Es passiert nichts. 6 Tonnen. Immer noch nichts. Die Messinstrumente innerhalb des Balkens zeigen: Die maximale Belastbarkeit ist bald erreicht. Von außen ist allerdings noch nichts erkennbar. Aber dann werden tatsächlich die ersten klitzekleinen Haarrisse sichtbar. Betonkrümelchen lösen sich und rieseln zu Boden. Dann plötzlich bei knapp 7 Tonnen Last reißt der Balken, ganz still und leise. Der Riss zieht sich jetzt deutlich sichtbar diagonal durch den Betonbalken.

 

Allerdings riss der Balken bei erheblich mehr Last als beim Referenzversuch. „Das so genannte Schubversagen von Beton unterliegt gewissen Streuungen“, sagt Forschungsleiter Karsten Winkler. Er sei zwar überrascht, dass der Balken deutlich mehr getragen habe als bei früheren Versuchen nach der alten Methode, aber das sei kein Beleg dafür, dass die neue Methode nicht funktioniere. Anhand der Messergebnisse muss nun geklärt werden, ob der Balken einfach stabiler war oder der Versuchsaufbau optimiert werden muss. Das dies noch nicht der letzte Versuch zu dem Thema gewesen ist, war ohnehin allen klar.

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