Ernst & Sohn Sonderheft Messtechnik 2017

2017 Ernst & Sohn Special März 2017 A 61029

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Messtechnik im Bauwesen

– Baudynamik – Aufmaßsysteme – Baustellen- und Bauwerksmonitoring – Deformationsmessungen an Fundamenten von WEA – Rissdetektion an Spannbetonschwellen – Feuchte- und Temperaturmessungen – Luftdichtheitsmessungen – Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

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Editorial

Messtechnik 2017

Auch in diesem Jahr haben wir für Sie aktuelle Informa­ tionen rund um den Themenbereich Messtechnik im Bau­ wesen zusammengetragen. Seit über zehn Jahren erscheint dieses Special aus unserem Hause – Fachbeiträge und In­ formationen aus der Industrie bieten Ihnen jährlich einen Überblick über Bauwerksmonitoring und Bauschadens­ analyse, zerstörungsfreie Prüfung, Feuchte- und Tempera­ turmessung sowie die Prüfung von Bauteilen und Werk­ stoffen.

In dieser Ihnen vorliegenden aktuellen Ausgabe wer­ den Sie über vollautomatische Deformationsmessungen an Fundamenten von Windkraftanlagen mit Hilfe von Rota­ tionslasern informiert, denn eine effektive Qualitätskon­ trolle ist bei stark beanspruchten tragenden Konstruktio­ nen besonders wichtig. Die Autoren haben ein Messsystem und völlig neuartige Algorithmen der Datenauswertungen für Setzungs- bzw. Neigungsmessungen auf der Basis eines Rotationslasers sowie kreisförmig platzierten Funkempfän­ gern entwickelt und erfolgreich eingesetzt.

Ein anderer Beitrag gibt über die Qualitätssicherung und Dauerhaftigkeit zementgebundener Werkstoffe Aus­ kunft. Bei der Untersuchung der Frischbeton-Eigenschaf­ ten während der Erstarrung und des Erhärtens sind in der Regel immer noch konventionelle Methoden Stand der Technik. Eine Untersuchung der Eigenschaften mittels Ultra­schallverfahren bietet jedoch die Möglichkeit, Mes­ sungen objektiver und präziser zu gestalten.

Freuen Sie sich auch auf einen Artikel über Schwin­ gungsmessungen am „Saarpolygon“ – einer ganz außerge­ wöhnlichen Stahlkonstruktion. Die begehbare Großskulp­ tur steht für den Wandel im Bergbau im Saarland. Die Konstruktion ist schlank und damit schwingungsanfällig.

Der Fachbeitrag gibt Auskunft über alle erforderlichen Un­ tersuchungen des Schwingungsverhaltens des Saarpoly­ gons und entsprechende Bewertungskriterien. Ergebnis der Untersuchungen: Schwingungstilger musste man nicht einbauen.

Ein weiterer Fachbeitrag informiert Sie über Ultra­ schalluntersuchungen zur Rissdetektion an Spannbeton­ schwellen. Diese kleinvolumigen Bauteile werden in gro­ ßer Anzahl eingesetzt – somit ist die Klassifizierung von Schäden möglich. Prüfstrategien für typische Schadensfälle werden vorgestellt.

Wie immer wünsche ich Ihnen viel Freude bei der Lek­ türe!!

Ihre

Simone von Schönfeldt

Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

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Inhalt

FLIR hat die Exx-Serie grundlegend neu durchdacht und neu gestaltet, um beste Leistungen, Auflösungen und thermische Empfindlichkeit in der Klasse der handgehaltenen Wärmebildkameras zu erreichen. Die neue Exx-Serie erkennt elek­ trische, mechanische und bauphysikalische Probleme, z. B. erste Anzeichen von Feuchtigkeit bei Rohrbrüchen unter Putz, und deckt Dämmungs- und andere ­Gebäudemängel auf, bevor sie schwere Schäden verursachen. Die Kameras der ­FLIR-Exx-Serie bieten bis zu 464 x 348 Pixel reine IR-Auflösung, UltraMax-Funktion für vierfache Auflösung, die patentierte MSX-Bildverbesserungsfunktion, einen größeren, 25 % helleren 4-Zoll-Monitor sowie verbesserte Organisations- und Berichtsoptionen. In dieser Ausgabe finden Sie auch einen Bericht über den Einsatz des FLIR Spitzenmodells T1030sc. (s. Beitrag S. 29–32 (Foto: FLIR Systems GmbH)

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Special 2017 Messtechnik im Bauwesen

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EDITORIAL

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Simone von Schönfeldt Messtechnik 2017

BAUDYNAMIK

Wolfram Kuhlmann, Judith Beier, Paul Klostermann, Ansgar Neuenhofer 06 Das Saarpolygon: moderne Schwingungsmessungen an einer außergewöhnlichen Stahlkonstruktion

AUFMASSSYSTEME 13

Digitalisierung als Chance: Effizienzsteigerung mit Laseraufmaß­systemen

BAUSTELLEN- UND BAUWERKSMONITORING

Boris Resnik, Daniel Jakubowski, Norbert Schiefelbein 15 Vollautomatische Deformationsmessungen an Fundamenten von Windkraftanlagen mit Hilfe von Rotationslasern 18 Forschungsbericht zu Luft-Leckagen

20

Andreas Zoëga, Martin Krause, Jochen H. Kurz, Stefan Maack, Stefan Küttenbaum, Nina Boßmann Ultraschalluntersuchungen zur Rissdetektion an ­Spannbetonschwellen

Behrooz Bagherian 23 Thermischer Komfort im Sommer – Ergebnisse aus dem Energie-­Monitoring eines mit Passivhaus­komponenten sanierten Büro­gebäudes 25

Innovative FBG-Technik ermöglicht unterschiedliche Einsätze

26

Einsatz faseroptischer Dehnungsmessstreifen und Sensoren im Bauwesen

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FEUCHTE-, TEMPERATUR- UND LUFTDICHTHEITSMESSUNGEN

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG

29

Feinste Temperaturdifferenzen detektieren – Bauthermografie als Forschungsprojekt

33

Restfeuchtemessung von Zementestrich

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4

28 Digitales Luftdichtheitsmessgerät

PRÜFUNG VON WERKSTOFFEN UND BAUTEILEN

Fabian Malm, Christian Große 34 Moderne Ultraschallmesstechnik für die Qualitätssicherung z­ ementgebundener Werkstoffe

Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

Inhalt

39

Künstliche Intelligenz für die hoch präzise Deckungsmessung von Beton

Stephan Lechner, Jürgen Benitz-Wildenburg 40 Bestimmung relevanter Eigenschaften von Fenstern, Fassaden, Türen, Toren und Baustoffen 44

Betondeckungsprotokolle automatisiert erstellen und visualisieren

45

SENSOR+TEST 2017

46

Mobiles Rheometer für Frischbeton – Anforderungen an die Betone

49

Schnelle hochauflösende Tiefenscans an Stahlbeton und faser­verstärktem Beton

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Baudynamik

Wolfram Kuhlmann, Judith Beier, Paul Klostermann, Ansgar Neuenhofer

Das Saarpolygon: moderne Schwingungsmessungen an einer außergewöhnlichen Stahlkonstruktion Bauwerke, die für eine besondere Bedeutung stehen und zusätzlich der Öffentlichkeit zugänglich sind, sollen selbstverständlich architektonisch herausragend gestaltet werden. Daraus entstehende außergewöhnliche Konstruktionen sind oft schlank und potenziell schwingungsanfällig. Am Beispiel des Saarpolygons wird eine solche außergewöhnliche Stahlkonstruktion vorgestellt, bei der aufgrund ihrer besonders exponierten Lage und der großen Zahl von Besuchern Schwingungsprobleme ausgeschlossen sein sollen. Die für das Schwingungsverhalten des Saarpolygons erforderlichen Untersuchungen und Bewertungskriterien werden detailliert erläutert.

Die lange Bergbautradition im Saarland wird nicht mehr durch aktiven Bergbau fortgesetzt, sondern die bestehen­ den Anlagen sind mittlerweile stillgelegt. Im Zuge dieses Umbruchs wurde das Ziel verfolgt, die 250 Jahre lange Bergbautradition des Saarlandes zukünftigen Generatio­ nen in Erinnerung zu halten und gleichzeitig der Entwick­ lung gemäß in die Zukunft zu blicken. Hierzu wurde ein Ideenwettbewerb ausgeschrieben, auf der Landmarke Du­ hamel bei Saarlouis als höchster Halde des Saarlands ein geeignetes Bauwerk zu errichten [1]. Aus insgesamt 147 künstlerisch wertvollen eingereichten Vorschlägen wurde der Entwurf des in Berlin ansässigen Architektenduos Katja Pfeiffer und Oliver Sachse ausgewählt: das Saarpolygon.

Der Entwurf ist eine begehbare Großskulptur, die als Symbol des Wandels in abstrakter Formensprache vielge­ staltige Bergbaumotive nachzeichnet – und in den Augen des Betrachters ein „Tor in die Zukunft“ bildet. Die puris­ tische Stahlgitterkonstruktion zeigt die klassische histori­ sche Verbundenheit von Kohle, Stahl und Energie in der durch den Bergbau geprägten Region Saarland [1].

Bild 1. Ansichten des Saarpolygons

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Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

Besonders eindrücklich wird diese Formensprache im virtuellen Rundflug um die Halde Duhamel optisch und akustisch deutlich (www.bergbauerbesaar.de/rundflug).

Das Saarpolygon ist aus großer Entfernung deutlich sicht­ bar und aus verschiedenen Perspektiven als jeweils unter­ schiedliches (Bergbau-)Symbol erkennbar. Aus den ver­ schiedenen Ansichten des Saarpolygons wird deutlich, dass für diese Formensprache und ‑vielfalt eine ausgeklü­ gelte Konstruktion erforderlich ist. (Bild 1) Das ca. 30 m hohe Saarpolygon besteht aus einer Aus­ sichtsbrücke mit 360º-Panoramablick und zwei Schrägtür­ men, in denen sich jeweils ein Treppenaufgang befindet.

Bild 2 zeigt die Ansicht aus der Luft sowie den Blick von unten auf die fertiggestellte Aussichtsbrücke. Aufgrund der außergewöhnlichen Geometrie sind die Knotenpunkte der Stahlkonstruktion teils äußert komplex.

Bei der Montage des Saarpolygons wurde nach Herstel­ lung des Fundamentes und der Schrägtürme die Aussichts­ brücke mit vier Kranen eingehoben und montiert (s. Bild 3), wobei die Claus Queck GmbH aus Düren bei dem Projekt „Saarpolygon“ als Generalunternehmer tätig war.

Schwingungsanfälligkeit Aufgrund des Entwurfs und der Formensprache sind die Schrägturme essenzieller Bestandteil der Konstruktion.

Dies führt zum einen beim Lastabtrag zu großen Biegeund Torsionsmomenten, die über das Fundament sicher abgetragen werden müssen, und zum anderen zu einer möglichen Schwingungsanfälligkeit der Konstruktion.

Im Vergleich zu einer Brücke mit Auflagern an beiden Enden liegt bei der Aussichtsbrücke des Saarpolygons

Baudynamik

Bild 2. Aussichtsbrücke des Saarpolygons aus der Luft und von unten

Bild 3. Bau des Saarpolygons (Fotos 2 und 3: www.bergbauerbesaar.de)

durch die Schrägtürme in Vertikalrichtung kein Auflager, sondern nur eine Federlagerung vor, wobei es bei Vertikal­ bewegungen aufgrund der Schrägtürme zusätzlich zu einer Verdrehung und Horizontalbewegungen kommen muss.

Damit kommt es für die schlanke Konstruktion zu komple­ xen Schwingungsformen und das Saarpolygon ist bei Nut­ zung durch Besucher potenziell schwingungsanfällig.

Diese Überlegungen zur Schwingungsanfälligkeit wur­ den selbstverständlich bereits in der Planungsphase [2] be­

rücksichtigt. Schwingungen des Saarpolygons können da­ bei durch einzelne oder mehrere Personen, die auf der Aussichtsbrücke umhergehen, verursacht werden. Diese personeninduzierte Anregung kann besonders dann kri­ tisch werden, wenn daraus eine resonanznahe Anregung resultiert, d. h. wenn die Erregerfrequenz der Personen nahe an einer der Eigenfrequenzen des Saarpolygons liegt.

Die möglichen Erregerfrequenzen liegen dabei inner­ halb gewisser Grenzen, weil Personen nur eine begrenzte

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Baudynamik

Bild 4. Berechnete Eigenfrequenzen und Eigenformen (Grafiken 4: Stahlbau Queck)

Anzahl von Schritten pro Sekunde gehen können. Diese vertikalen Erregerfrequenzen liegen (unter Berücksichti­ gung auch der zweiten Harmonischen der Schrittfrequenz) im Bereich von ca. 1,5 bis 4,5 Hz [3] [4] [5].

Neben einer Vertikalanregung ist auch eine Horizon­ talanregung möglich, wobei hier die Erregerfrequenzen nur halb so groß sind wie in Vertikalrichtung, da für eine volle Horizontalschwingung zwei Schritte erforderlich sind. Un­ empfindlich gegenüber diesen personeninduzierten dyna­ mischen Einwirkungen ist eine Konstruktion dann, wenn die Eigenfrequenzen der Konstruktion deutlich über dem o. g. Bereich der Erregerfrequenzen liegen.

In der Planungsphase wurden daher die Eigenfre­ quenzen und Eigenformen mittels eines Finite-ElementeModells der Stahlkonstruktion rechnerisch ermittelt. Wäh­ rend die Steifigkeit und Masse der Stahlkonstruktion selbst sehr genau bekannt ist, liegen unvermeidbare Ungenauig­ keiten in der Modellierung der Gründung und (teilweise) der Anschlüsse. Die drei ersten rechnerisch ermittelten Eigenformen sind in Bild 4 dargestellt. Die zugehörigen Eigenfrequenzen betragen 1,51 Hz, 1,67 Hz und 1,98 Hz (Eigenfrequenzen höherer Ordnung sind deutlich größer und daher hier unkritisch). Je nach zusätzlicher Gesamt­ masse der Personen, die sich auf der Aussichtsbrücke be­ findet, können diese Eigenfrequenzen noch um bis zu ca.

5 % absinken. Eindeutig ist damit, dass die Eigenfrequen­ zen des Saarpolygons weit unterhalb des unkritischen Be­ reichs (ab mindestens 5 Hz) liegen, und dass eine reso­ nanznahe Anregung durch Personen, die in der Eigenfre­ quenz gehen oder laufen, möglich ist.

Anforderungen Da sich gezeigt hat, dass durch Personen eine resonanz­ nahe Anregung möglich ist, ist sicherzustellen, dass die dadurch auftretenden Schwingungen so klein bleiben, dass sie von Besuchern des Saarpolygons nicht als störend wahrgenommen werden.

In DIN EN 1990 (Eurocode 0) [6], wo auf dynamische Einwirkungen ausdrücklich hingewiesen wird, werden Kri­ terien genannt, die im Nationalen Anhang oder für das jeweilige Einzelprojekt festgelegt werden. Der Nationale Anhang für Deutschland übernimmt dabei die empfohle­ nen Werte von 0,7 m/s2 für Vertikalschwingungen und 0,2 m/s2 für Horizontalschwingungen. Ein Nachweis die­

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ser Komfortkriterien soll durchgeführt werden, wenn die Grundfrequenz des Überbaus kleiner als 5 Hz für Verti­ kalschwingungen und 2,5 Hz für Horizontal- und Torsions­ schwingungen ist.

Genauere Komfortkriterien als in Eurocode 0 findet man in der VDI-Richtlinie 2038 „Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen“ [7] [8], die aktuell die detaillierteste Richtlinie zu dieser Thematik ist.

Nach VDI 2038-2 wird die Konstruktion zunächst ei­ nem Bauwerkstyp zugeordnet (Geschossdecken, Tribünen, Treppen, Brücken), wobei das Saarpolygon nicht exakt ei­ nem dieser Typen entspricht, jedoch am ehesten den Brü­ cken zugeordnet werden kann (möglich wäre auch die Ein­ stufung als Tribüne). Außerdem wird eine Bedeutungskate­ gorie gewählt (I: Brücken in ländlichen Gebieten mit geringer Nutzung, II: Brücken in geschlossenen Siedlun­ gen, III: Verkehrswege zu Einrichtungen, deren Nutzer ein­ geschränkte Beweglichkeit haben (z. B. Krankenhäuser)), wobei für das Saarpolygon auch hier eine Näherung ge­ wählt wird, und zwar mit Bedeutungskategorie II. Damit ergeben sich nach VDI 2038-2 folgende Bemes­ sungslastfälle und die zu erreichenden Komfortniveaus: –– bei der häufigen Bemessungssituation (dichter Verkehr, 0,5 Pers./m2, asynchron): hoher Komfort –– bei der seltenen Bemessungssituation (sehr dichter Masse­ strom mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit (1,0 … 1,5 Pers./m2, asynchron)): mittlerer Komfort.

Die zu erreichenden Komfortkriterien (hoch/mittel/ge­ ring) sind als maximale Beschleunigungen in Tabelle 1 an­ gegeben. Sie entsprechen ca. den Werten nach Eurocode 0, jedoch differenzierter und für genauere Bemessungssitua­ tionen.

Ob diese Werte nach Fertigstellung des Saarpolygons eingehalten werden, war zunächst unsicher. Daher wurde bei der Planung berücksichtigt, dass im Bedarfsfall zwei Schwingungstilger [9] [10] eingebaut werden können.

Schwingungsmessungen Um entscheiden zu können, ob der optionale Einbau der Schwingungstilger tatsächlich erforderlich ist oder nicht, wurden nach der Montage des Saarpolygons Schwingungs­ messungen durchgeführt.

Baudynamik

Tabelle 1. Komfortkriterien für Fußgängerbrücken nach VDI 2038 Teil 2 Komfortniveau

Beschleunigung vertikal

horizontal

m/s2

ahor ≤ 0,15 m/s2

Hoher Komfort

avert ≤ 0,5

Mittlerer Komfort

0,5 m/s2 ≤ avert ≤ 1,0 m/s2

Geringer Komfort/Unwohlsein/Panik

1,0

m/s2 ≤

avert ≤ 2,5

m/s2

Für die Messungen ist es erforderlich, die Bemes­ sungslastfälle durch sich bewegende Personen abzubilden.

Diese Messungen wurden im Rahmen einer Exkursion als Teil einer Lehrveranstaltung der TH Köln [11] durchge­ führt, so dass die Gruppe der Studierenden für die Anre­ gung des Saarpolygons sorgen konnte.

Für die spätere Beurteilung sind die maximal auftre­ tenden Schwingungen zugrunde zu legen. Aufgrund des komplexen Schwingungsverhaltens des Saarpolygons ist daher zu ermitteln, wo die maximalen Schwingungen auf­ treten (wahrscheinlich am Kopf der Schrägtürme und nicht in der Mitte der Aussichtsbrücke, jeweils ggf. an ­einem der Seitenränder der Aussichtsbrücke). Der Wahl der Messpunkte kommt daher entscheidende Bedeutung zu. Weil außerdem die Schwingungen in den drei Raum­ richtungen durch die Eigenformen miteinander gekoppelt sind, ist auch die genaue Erfassung der Schwingungen in allen Raumrichtungen wichtig. Es wurde daher mit ins­ gesamt 15 Messkanälen gearbeitet, wobei fünf triaxiale Schwingungssensoren auf der Aussichtsbrücke positioniert wurden. Zur Erfassung aller Schwingungskomponenten und zur Erfassung der Verdrehungen wurden an jedem Ende der Aussichtsbrücke je zwei Sensoren (an den beiden Seiten in Querrichtung) positioniert, dazu ein weiterer Sensor in der Mitte der Aussichtsbrücke.

Die Schwingungsmessungen umfassen zwei Teile: –– die Ermittlung der Eigenfrequenzen des Saarpolygons sowie –– die Ermittlung der auftretenden Beschleunigungen bei den Bemessungslastfällen und zusätzlich beim mutwilli­ gen Anregen der Konstruktion.

Die Eigenfrequenzen wurden zunächst unter Windanre­ gung gemessen. Anschließend wurde das Saarpolygon im Bereich der Eigenfrequenzen durch Personen (Hüpfen im Takt) und einen elektrodynamischen Shaker [12] angeregt, um größere Schwingungsamplituden zu erreichen.

Der Vorteil des Shakers besteht darin, dass die zu un­ tersuchenden Erregerfrequenzen exakt eingestellt werden können. Neben sogenannten Sweeps (Durchfahren eines definierten Frequenzbereichs) können auch einzelne Erre­ gerfrequenzen beim Betrieb des Shakers vorgegeben wer­ den. Außerdem wurde der Shaker sowohl für vertikale als auch horizontale Anregungen eingesetzt (in Bild 5 in ver­ tikaler Position). Neben der Ermittlung der Eigenfrequen­ zen kann der Shaker durch das Aufbringen von frei defi­ nierbaren Last-Zeit-Verläufen (eine gehende oder laufende Person) auch zu Vergleichszwecken für die Ermittlung der auftretenden Beschleunigungen verwendet werden (mit dem Vorteil genau definierter Lasten).

Die infolge Einzelpersonen und Personengruppen am Saarpolygon auftretenden Schwingungen und Beschleuni­

0,15 m/s2 ≤ ahor < 0,3 m/s2 0,3 m/s2 ≤ ahor ≤ 0,8 m/s2

gungen wurden primär durch die Testpersonen (s. Bild 6) ermittelt. Neben den Bemessungssituationen nach VDI 2038-2 wurden zusätzlich die Lastfälle „synchrones Ge­ hen“ und „mutwilliges Aufschaukeln“ untersucht. Insge­ samt wurden zur umfassenden Beurteilung der Schwin­ gungsanfälligkeit des Saarpolygons 37 Messungen durch­ geführt.

Messergebnisse und Beurteilung Die detaillierte Auswertung der Eigenfrequenzen und Ei­ genformen zeigte, dass die ersten drei Eigenfrequenzen bei 1,67 Hz, 1,96 Hz und 2,32 Hz liegen. In Bild 7 ist eine Aus­ wertung für alle 15 Messkanäle dargestellt. Dadurch ist er­ kennbar, dass nur diese drei wesentlichen Eigenfrequenzen vorliegen; weitere höhere Eigenfrequenzen liegen im unkri­ tischen Bereich. Außerdem erkennt man, dass je nach Sen­ sorposition und Raumrichtung nicht alle Frequenzen an den verschiedenen Messstellen (insbesondere z. B. in der mittleren Zeile, die die Ergebnisse des Sensors in der Mitte

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Baudynamik

Bild 5. Schwingungsmessungen: Shaker

Bild 6. Schwingungsverursachende Testpersonen

der Aussichtsbrücke zeigt) und nicht in allen Raumrichtun­ gen (s. zweite Spalte, in der die Beschleunigungen in Längs­ richtung der Aussichtsbrücke dargestellt sind) auftreten.

Die Auswertung zeigt, dass dies genau mit den erwarteten Eigenformen korrespondiert.

Im Vergleich zu den vorab vom Statiker ermittelten Werten von 1,51 Hz, 1,67 Hz und 1,98 Hz liegt im Rah­ men der unvermeidlichen rechnerischen Ungenauigkeiten eine sehr gute Übereinstimmung vor, die Abweichung be­ trägt nur ca. 10–20 %.

Die Auswertung der auftretenden Beschleunigungen bei Anregung durch Personen ist für die Bemessungssitua­ tionen nach VDI 2038 in Bild 8 exemplarisch dargestellt und in Tabelle 2 für alle Messungen zusammengefasst. In

Bild 7. Gemessene Eigenfrequenzen

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Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

Vertikalrichtung wird das geforderte Komfortniveau deut­ lich erreicht, in Horizontalrichtung gerade noch. Ein theo­ retisch denkbarer Lock-in-Effekt in Horizontalrichtung ist dabei aufgrund der relativ kurzen Länge der Aussichtsbrü­ cke und des damit begrenzten Personenstroms nicht kri­ tisch.

Vergleicht man die Messwerte mit den Anforderungen nach Eurocode 0 (0,7 m/s2 vertikal und 0,2 m/s2 horizon­ tal), werden diese Anforderungen ebenfalls erfüllt, in Hori­ zontalrichtung sogar deutlicher.

Zusätzlich zu den maßgebenden Bemessungssituatio­ nen nach VDI 2038 wurde bei den Messungen auch unter­ sucht, welche Beschleunigungen beim Gehen einer oder mehrerer Personen und welche Beschleunigungen beim

Baudynamik

Tabelle 2. Messergebnisse im Überblick Beschleunigung vertikal Häufige Bemessungssituation

0,11

0,15 m/s2

Grenzwert (VDI 2038)

0,50

m/s2

0,15 m/s2

Messwert maximal

< 0,15 m/s2

Messwert maximal

Seltene Bemessungssituation

horizontal

m/s2

Grenzwert (VDI 2038)

0,50

m/s2

< 0,15 m/s2 0,15 m/s2

Tabelle 3. Zusätzliche Messergebnisse bei mutwilligem Anregen in den Eigenfrequenzen Einwirkung

Gehen Mutwilliges Aufschaukeln

vertikal

horizontal

Beschleunigung

Komfort

Beschleunigung

Komfort

0,12 m/s2

Hoch

0,15 m/s2

Hoch

4 Personen synchron

0,13

m/s2

Hoch

0,20 m/s2

Mittel

1–4 Personen

0,75 m/s2

Mittel

1,0 m/s2

Kein

gering

m/s2

Kein

1 Person

> 20 Personen

1,40

mutwilligen Aufschaukeln durch synchrones Hüpfen von Personen auftreten können, wenn die Personen jeweils ge­ nau in der Eigenfrequenz des Saarpolygons gehen bzw. hüpfen. Diese Lastfälle stellen keine Einwirkungssituation dar, für die ein Komfortniveau gewährleistet sein müsste, sondern wurden nur zur genaueren Untersuchung des Schwingungsverhaltens und denkbarer Anregungen be­ trachtet. In Tabelle 3 sind die dabei gemessenen maxima­ len Beschleunigungen zusammengestellt. Obwohl für diese Beschleunigungen wie erläutert keine Kriterien zu erfüllen sind, ist in Tabelle 3 auch das jeweilige Komfortniveau nach VDI 2038 angegeben, das sich bei diesen Beschleuni­ gungen ergeben würde, wenn sie aus den anzusetzenden Bemessungssituationen resultieren würden.

Man erkennt, dass beim Gehen von Personen und Personengruppen in den Eigenfrequenzen des Saarpoly­ gons in Vertikalrichtung immer ein hohes Komfortniveau und in horizontaler Richtung ein hohes bzw. mittleres Komfortniveau erreicht wird.

Lediglich beim mutwilligen Aufschaukeln genau in der Eigenfrequenz und durch eine ausreichend große An­ zahl von Personen und bei sehr guter Synchronisation werden die auftretenden Beschleunigungen größer und das Komfortniveaus sinkt (erreicht jedoch nicht den Bereich des Panikkriteriums).

m/s2

1,8

Würde man das Saarpolygon nicht als Brücke, sondern Tribüne einstufen, wären die Anforderungen ebenfalls er­ füllt. Insgesamt zeigen damit die ausführlichen Schwin­ gungsmessungen und deren Auswertung, dass der Einbau der optionalen Tilger nicht erforderlich ist.

Zusammenfassung Außergewöhnliche Stahlkonstruktionen wie das Saarpoly­ gon können aufgrund ihrer Architektur schwingungsemp­ findlich sein. Dies wurde bei der Planung des Saarpolygons durch den optionalen Einbau von Schwingungstilgern be­ rücksichtigt. Um zu entscheiden, ob diese Tilger wirklich erforderlich sind, wurden nach der Errichtung des Saar­ polygons umfangreiche Schwingungsmessungen zur Ermitt­ lung der auftretenden Beschleunigungen mit einer Gruppe Studierender des Bauingenieurwesens der TH Köln durch­ geführt.

Anschließend wurde ermittelt, ob die bei der Anre­ gung durch Personen auftretenden Schwingungen unteroder oberhalb der Komfortkriterien nach VDI-Richtlinie 2038 Teil 2 (und Eurocode 0) liegen und somit, ob die Schwingungstilger benötigt werden oder nicht. Die Aus­ wertung der Messungen zeigte zum einen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den vorab rechnerisch ermit­

Neu Generation

Baudynamik

Bild 8. Ergebnisse der Schwingungsmessungen (Fotos/Grafiken 1, 5–8: Autoren)

telten und den gemessenen Eigenfrequenzen. Zum ande­ ren zeigte sich, dass die auftretenden Beschleunigungen bei den Bemessungssituationen nach VDI 2038 alle Kom­ fortanforderungen erfüllen. Schwingungstilger müssen da­ her nicht eingebaut werden.

Literatur [1] Verein BergbauErbeSaar – Förderverein zur Wahrung des Erbes des Bergbaus und der Bergleute an der Saar e. V.: Do­ kumentation des Ideenwettbewerbs für eine Landmarke zum Ende des Bergbaus auf der Halde Duhamel beim Berg­ werk Saar in Ensdorf. RAG Aktiengesellschaft Saarbrü­ cken, August 2011, www.bergbauerbesaar.de/wettbewerb/.

[2] Kuhlmann, W.; Krause, H.-J.; Kempen, T.: Baudynamische Fragestellungen: Was? Wer? Wie? Wann? Der Sachver­ ständige, Heft 4/2011, Frankfurt/M. 2011.

[3] Petersen, C.: Dynamik der Baukonstruktionen. Wiesbaden 1996 bzw. 2. Auflage 2017.

[4] Bachmann, H.: Schwingungsprobleme bei Fußgängerbrü­ cken. Bauingenieur, H, 63, 1988.

[5] Kuhlmann, W.; Meier-Barenhoff, W.; Gokus, S.; Krause, H.-J.; Kempen, T.: Untersuchungen der personeninduzier­ ten Schwingungen einer Tribüne mit veränderter Nutzung in der Esprit-Arena in Düsseldorf. Messtechnik im Bauwe­ sen, Berlin 2013.

[6] DIN EN 1990: Eurocode: Grundlagen der Tragwerkspla­ nung, Dezember 2010, Berlin 2010.

[7] VDI 2038 „Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dyna­ mischen Einwirkungen“, Teil 1 bis 3, insbesondere Teil 2: Un­ tersuchungsmethoden und Beurteilungsverfahren der Baudy­ namik – Schwingungen und Erschütterungen – Pro­ gnose, Messung, Beurteilung und Minderung. Düsseldorf 2013.

[8] Heiland, D.; Mistler, M.: VDI 2038 – Ein Erfahrungsbericht aus der Praxis. 5. VDI-Fachtagung „Baudynamik 2015“ in Kassel. VDI-Berichte 2244, 2015.

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Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

[9] Kuhlmann, W.; Beier, J.; Heiland, D.; Dalmer, F.: Untersu­ chung und Bewertung schwingungsanfälliger Fußgängerbrü­ cken. KI-Journal (Konstruktiver Ingenieurbau), H. 1/2016, Köln.

[10] Kuhlmann, W.; Butz, C.: Die Erhöhung des Nutzerkom­ forts von Fußgängerbrücken mit Massendämpfern am Beispiel des August-Wilhelm-Stegs in Oranienburg. Stahl­ bau, Bd. 78, H. 7, 2009.

[11] Scheffler, Silke: Schwingungsuntersuchungen von Stahl­ fußgängerbrücken. Bachelorarbeit, TH Köln, 2016.

[12] Fa. Wölfel: Shaker-Systeme zur Analyse der dynamischen Eigenschaften großer mechanischer Strukturen und Kom­ ponenten, Shaker BD.5, www.woelfel.de/produkte/sha­ ker.html.

Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Kuhlmann, Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger (IKBau NRW) für Baudynamik, Erschütterungen und Schwingungen im Bauwesen, Leiter des Labors für Konstruktiven Ingenieurbau, Fakultät 06 Bauingenieur­ wesen und Umwelttechnik, Technische Hochschule Köln, wolfram.kuhlmann@th-koeln.de, www.th-koeln.de Judith Beier M.Eng., Paul Klostermann, Labor für Konstruktiven Ingenieurbau, Fakultät 06, TH Köln Prof. Dr.-Ing. Ansgar Neuenhofer, Labor für Konstruktiven Ingenieurbau, Fakultät 06, TH Köln.

Aufmaßsysteme

Digitalisierung als Chance: Effizienzsteigerung mit Laseraufmaß­ systemen Im Mega Mall Shoppingcenter in Bukarest wurde als Blickfang eine spektakuläre ftreistehende Wendeltreppe mit einem gebogenen Glasgeländer eingebaut. Dem Hersteller, einer spanischen Firma, musste eine sehr präzise Datenbasis zur Verfügung gestellt werden. Zum Einsatz kam das digitale Laseraufmaßsystem Flexijet 3D. Im Handwerk ist die zunehmende Digitalisierung nicht mehr aufzuhalten. Die immer weiter steigenden Anforde­ rungen sind auch im Bauwesen deutlich spürbar. Aufträge werden komplexer, die Kundenwünsche immer individuel­ ler und die Erwartungen an eine unkomplizierte, schnelle und kostengünstige Umsetzung immer höher. Das Hand­ werk 4.0, wie diese Digitalisierungswelle gerne genannt wird, ist Herausforderung, aber zugleich auch Chance. Sie bietet den Unternehmen die Möglichkeit einer zukunftsund wettbewerbsfähigen Weiterentwicklung und einer in­ ternationalen Verknüpfung mit verschiedensten Koopera­ tionspartnern. Das macht auch das Bauwesen endlich fit für eine ganz neue Projektdimension.

Ein besonders eindrucksvolles Beispiel dafür liefert ein Bauauftrag der Firma Glass Arena SRL aus Bukarest/Ru­ mänien. Im Mega Mall Shopping Center der rumänischen Hauptstadt sollte als Blickfang eine spektakuläre Treppe gebaut werden, die die Stockwerke verbindet. Die freiste­ hende Wendeltreppe sollte mit einem gebogenen Glasge­ länder versehen werden. Allein die Materialkosten der Glasbauteile lagen bei über 30.000 € und wurden bei einer

Partnerfirma in Spanien speziell angefertigt, was eine lange Lieferzeit zur Folge hatte.

Da bei dem Werk­ stoff Glas keine Nachar­ beiten möglich sind, war dieses Projekt besonders anspruchsvoll. Damit die Eröffnung der Mega Mall planmäßig stattfinden konnte und keine finanzi­ ellen Einbußen aufgrund einer Fehlproduktion ent­ stehen, war es enorm wichtig, dass alle Teile des Geländers bei der Mon­ tage auf Anhieb passen. Bild 1. Das digitale Laseraufmaß­ system Flexijet 3D Daher musste den spani­ schen Partnern eine sehr präzise Datenbasis für die Fertigung bereitgestellt werden.

Die Fa. Glass Arena SRL nutzte deshalb das digitale Laser­ aufmaßsystem Flexijet 3D. Das Flexijet ist nicht nur einfach ein Messgerät, son­ dern eine fein abgestimmte Systemlösung aus hochwertiger Hard- und Software. Das innovative Messsystem „Made in Germany“ misst auf der Baustelle dreidimensionale Koor­ dinaten und zeichnet parallel in die dazugehörige Flexi­

Bild 2. Die zum System gehörende FlexiCAD-Software übergibt die erfassten Daten an die nachgelagerten Planungs- und Fertigungssysteme (Foto 1/Screenshot: Flexijet)

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Aufmaßsysteme

Bild 3. Treppe mit gebogenem Glasgeländer im Mega Mall Shopping C­ enter Bukarest – im Bau (links) und nach der Fertigstellung (rechts) (Foto: Cosmin Dragomir, Bukarest)

CAD Aufmaßsoftware. Die gemessenen Daten werden noch während des Messvorgangs zu einer fertigen Aufmaß­ zeichnung im CAD kombiniert.

Für die Nutzer bedeutet das, ein Messpunkt ist, nicht wie bei anderen Aufmaßgeräten, eine „verlorene“ Koordi­ nate im Raum, sondern wird direkt durch CAD Zeichen­ befehle mit anderen Punkten zu einer sinnvollen Anord­ nung verbunden.

So erhielt Glass Arena SRL, als Basis für die Planung und Fertigung der Glasbauteile, nach 4 Stunden Aufmaß­ zeit, mit einer Genauigkeit von 1 Millimeter auf 10 Meter noch auf der Baustelle eine unmittelbar erzeugte 3D-CAD Zeichnung der Ist-Situation des Treppenrohbaus.

Andere Laseraufmaßsysteme liefern häufig 3D-Punkte­ wolken und stellen dem Anwender damit nur eine ge­ ballte Menge an unübersichtlichen Koordinaten bereit. Am Schreibtisch müssen dann mühsam die wesentlichen Mess­ punkte herausgesucht werden, um eine planungsrelevante CAD-Zeichnung zu erhalten.

Mit dem Flexijet 3D bekommt der Nutzer sofort auf der Baustelle und ganz ohne Nacharbeit die fertige CADAufmaßzeichnung zur Verfügung gestellt. So konnte Glass Arena SRL direkt vor Ort, durch den optischen Abgleich der CAD Zeichnung mit der tatsächlichen Aufmaßsitua­ tion sicherstellen, dass alle Maße vorhanden und fehlerfrei aufgenommen wurden. Übrigens – durch die moderne Laseraufmaßtechnik war kein Einsatz von Leitern und Gerüsten nötig, da der Laser des Flexijet 3D ohne Probleme auch schwierige Stel­ len und höher gelegene Objektteile erreichen kann.

Die zum System gehörende FlexiCAD-Software über­ gibt die erfassten Daten durch eine Vielzahl von Export­ schnittstellen an nachgelagerte Planungs- und Fertigungs­ systeme. So konnten die Daten der Treppe direkt per LTE nach Spanien in die Fertigung übermittelt werden – Hand­ werk 4.0 par excellence.

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Nach einigen Wochen Produktions- und Lieferzeit er­ hielt Glass Arena SRL die fertigen Teile des Glasgeländers.

Alle Komponenten passten sich millimetergenau der ge­ schwungenen Treppenform an. Durch die hohe Passgenau­ igkeit der Teile vereinfachte sich die Montage erheblich, das Geländer konnte in weniger als drei Tagen komplett montiert werden.

Für alle, die sich noch mehr Hilfe bei der Montage wünschen, hält das Flexijet 3D zudem eine Rückprojek­ tionsfunktion von CAD-Punkten bereit. So können nicht nur Messpunkte präzise erfasst werden, sondern auch Da­ ten aus der CAD-Software ganz einfach per Laser auf die Baustelle projiziert werden.

Flexijet bietet ihren Kunden damit viel mehr als nur ein Messgerät. Mit dem CAD-Aufmaßsystem erhalten die Nutzer einen innovativen Allrounder auf der Baustelle, der die Erfassung, Ausgabe und Verarbeitung der Messdaten erheblich vereinfacht. Durch die digitale Arbeitsweise wer­ den Planungs- und Produktionsfehler aufgrund einer fal­ schen Datenbasis ausgeschlossen. Aufmaße können in ei­ nem Bruchteil der herkömmlichen Zeit von nur einem Mitarbeiter erstellt und die Daten bereits von der Baustelle übertragen werden – länder- und kontinenteübergreifend.

Die so gesparten Zeit- und Personalressourcen können an anderen Stellen sinnvoll eingesetzt werden. Die Digitalisie­ rung im Baugewerbe bietet damit ganz neue Chancen, die Effizienz der Unternehmen deutlich zu erhöhen und die Arbeit, durch den Wegfall von Schablonierungen, Gerüst­ bau und nervenzehrenden Nacharbeiten, zukunftsweisend zu gestalten.

Weitere Informationen: Flexijet GmbH Krellstraße 10, 32549 Bad Oeynhausen Tel. (05731) 186 60-60, Fax (05731) 186 60-61 info@flexijet.info, www.flexijet.info

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Boris Resnik, Daniel Jakubowski, Norbert Schiefelbein

Vollautomatische Deformationsmessungen an Fundamenten von Windkraftanlagen mit Hilfe von Rotationslasern Für die stark beanspruchten tragenden Konstruktionen von modernen Ingenieurbauwerken ist eine effektive Qualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung. Die vertikalen Bewegungen von einzelnen Bestandteilen dieser Konstruktionen infolge der starken Belastung bzw. Änderung der Stützbedingungen im Laufe des Betriebes müssen bei den besonders gefährdeten Objekten oftmals kontinuierlich kontrolliert werden. In den letzten Jahren wurden ein Messsystem und völlig neuartige Algorithmen der Datenauswertungen für solche Setzungs- bzw. Neigungsmessungen auf der Basis eines Rotationslasers sowie den etwa kreisförmig platzierten Funkempfängern entwickelt und inzwischen erfolgreich im Bereich des kontinuierlichen Monitorings eingesetzt.

In den letzten Jahren hat sich angesichts vermehrt auftre­ tender Fundamentschäden an den modernen Windkraft­ anlagen (WKA) gezeigt, dass im Bereich der Turmeinbin­ dung im Fundament ein spezifischer kritischer Punkt der gesamten Bauwerkskonstruktion vorliegt. Die Ursache für diese Schäden sind zumeist irregulär große Bewegungen der Fundamenteinbauteile (FET), die z. B. aufgrund ver­ deckter Baumängel bei der Fundamentherstellung hervor­ gerufen worden sein können. Da der eigentliche Ort des Geschehens im Fundament messtechnisch nicht erreich­ bar ist, müssen die Messungen zur Beurteilung der Verbin­ dung auf seiner Oberfläche und dem Turm durchgeführt werden (Bild 1). Die Erfassung der relativen vertikalen Bewegungen an diesen Stellen kann mit unterschiedlichen messtechnischen Mitteln wie z. B. Beschleunigungs- und Neigungssensoren, vertikal gerichteten Lasern oder auch zielverfolgenden Tachymetern usw. erreicht werden [1] [2].

In den letzten Jahren wurden von den Autoren für die Lösung der oben genannten Aufgaben ein neuartiges Mess­ system auf der Basis eines Rotationslasers und mehreren kreisförmig (im behandelten Beispiel an der Wand des Tur­ mes) angeordneten Funkempfängern (Bild 2, links) konzi­ piert und entwickelt. Durch eine Rotation des Laserstrahls in der Mitte dieses Systems kann praktisch eine unbe­ grenzte Anzahl von Detektoren ausschließlich höhemäßig mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich und einer Abtasterate von bis zu 4–5 Hz abgelesen werden. Die Mess­ ergebnisse werden jeweils kabellos in die zentrale Rechen­ einheit übertragen, wobei eine folgende Auswertung im Postprocessing oder auch in Echtzeit ermöglicht werden kann.

Bild 1. WKA-Kontrolle

Die Qualität der Diagnose von Bauwerksschäden und folglich die Wirtschaftlichkeit der Lösung hängen erfah­ rungsgemäß jedoch weniger von der Messtechnik selbst, sondern vor allem von den verwendeten Algorithmen der Datenanalyse ab. Im Laufe des aktuellen gemeinsamen For­ schungsvorhabens aller Autoren wurden deswegen auch die speziellen Algorithmen entwickelt, welche eine weitge­ hend automatische und zuverlässige Bestimmung von sig­ nifikanten Abweichungen vom „Normalverhalten“ anhand kontinuierlicher Messungen als Ergebnis liefern können.

Bei der Auswertung der Messergebnisse ist davon aus­ gegangen worden, dass der Rotationslaser fest mit dem Fundament verbunden ist und die automatische Horizon­ tierung des Zielstrahls abgeschaltet ist. Da die Messungen an den beweglichen Sensoren im Laufe der Rotation des Lasers zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorgenommen werden, ist für eine gemeinsame Auswertung zunächst eine Interpolation zwischen den Messungen mit einer vor­ gegebenen Abtastrate vorgesehen (Bild 3).

Dabei können sowohl eine einfache lineare Interpola­ tion zwischen Stützpunkten als auch kompliziertere Lö­ sungen wie z. B. die Spline-Interpolation usw. verwendet werden. Im zweiten Schritt werden aus den kontinuierlich erzeugten Messdaten auf allen vorhandenen Sensoren konstante Intervalle wie z. B. eine volle Stunde ausge­ schnitten. Durch die Interpolation der Messwerte entste­ hen Daten zu gleichen Zeitpunkten und es kann folglich für jede einzelne Epoche eine ausgeglichene Ebene aus

Bild 2. Messsystem und Prinzip der ­Datenauswertung (schematisch)

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

intervall eingesetzt. Im folgenden Schritt der Datenauswer­ tung wird aus den ermittelten Koeffizienten der maximale Neigungswinkel γk zwischen der aktueller Ebene (Epo­ che k) und der 0-Ebene des Zeitintervalls (Senkrecht zur Schnittlinie) sowie seine Orientierung tk im lokalen Koor­ dinatensystem berechnet:

(

)

γ k = arccos c k / a 2k + b2k + c2k (2) tk = arctan(bk/ak) (3)

Bild 3. Ablauf der Datenauswertung

mindestens drei Punkten berechnet werden. Die Lageko­ ordinaten (xi und yi) der Sensoren werden einmalig nach der Installation des Messsystems in einem lokalen Koordi­ natensystem ermittelt und bleiben folglich unverändert.

Die Höhenablesungen (zi) in Bezug auf die Fundamen­ toberfläche ändern sich dagegen im Laufe der Zeit. Das entsprechende Gleichungssystem zu jedem Zeitpunkt mit drei oder mehr Gleichungen von der Art ak · xi + bk · yi + ck · zi – 1 = 0

(1)

je nach Anzahl der Sensoren i wird dabei nach den Regeln der linearen Algebra aufgelöst, wobei sich die Koeffizienten ak, bk und ck einer ausgeglichen Ebene über alle Sensoren zu einer Epoche k ergeben. Da die Anfangsbedienungen (d. h. die Neigung in einem übergeordneten Koordinaten­ system) unbekannt sind, werden bei dem verwendeten ­Algorithmus des Monitorings nur die Abweichungen von der mittleren Ebene (0-Ebene in Bild 2 rechts) jedes Zeit­ intervalls ermittelt. Aus diesen Gründen werden statt der ermittelten Ablesungen zi im Gleichungssystem (1) die Dif­ ferenzen zur mittleren Ablesung in einem bestimmten Zeit­

Diese Parameter werden in den Intervallen statistisch (mittlere Werte γm, tm und die entsprechenden Standard­ abweichungen) ausgewertet und bei der folgenden Analyse in der Abhängigkeit von den Windverhältnissen analysiert und interpretiert. Die ermittelten Richtungen der maxima­ len Setzungen, unabhängig von der aktuellen Windrich­ tung, stellen dabei die vermutlichen Schwachpunkte in der Verbindung zwischen Turm und Fundament dar.

Bei der Verwendung des beschriebenen Algorithmus ohne zusätzliche Vorkenntnisse und Annahmen besteht grundsätzlich keine Möglichkeit, die absoluten Neigungen des Turmes bzw. seines ersten Flansches in einem überge­ ordneten Höhensystem zu ermitteln. Stattdessen werden in jeder Epoche die Abweichungen zur fiktiven mittleren Ebene berechnet. Das bringt den Nachteil, dass eine even­ tuelle Neigung in eine konkrete Richtung rein mathema­ tisch in zwei etwa gleich große Bestandteile mit den posi­ tiven und negativen Vorzeichen halbiert wird. Die Rich­ tungswinkel von beiden Bestandteilen unterscheiden sich um genau 180°.

Ergebnisse der Testmessungen unter Laborbedingungen Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Messsystems in Bezug auf den entwickelten Algorithmus der Datenaus­ wertung zu untersuchen, wurde eine solche Messung in einem abgeschlossenen Messkeller über mehrere Stunden simuliert. Die Messungen mit einem Rotationslaser in der Mitte und drei bzw. vier kreisförmig verteilten Empfängern in etwa 2 m Entfernung entsprechen der geplanten Mess­ konstellation in der Fundamentnähe einer typischen WKA (Bild 2). Da im Messkeller jedoch keine Deformationen zu erwarten und die klimatischen Bedienungen weitgehend konstant sind, können die ermittelten Neigungen als ein reines Messrauschen betrachtet werden.

In Bild 4 wird die Auswertung für ein typisches Mess­ intervall von einer Stunde mit drei bzw. vier Sensoren prä­ sentiert. Bei der Interpolation der Messwerte mit einer Abtastrate von 10 Hz ergeben sich in einem solchen Zeit­

Bild 4. Ergebnisse der Testmessungen in einem Messkeller (exemplarisch), links Messung mit drei Sensoren, rechts Messung mit vier Sensoren

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 5. Ergebnisse der Testmessungen in einem Messkeller (exemplarisch), links Messung mit drei Sensoren, rechts Messung mit vier Sensoren

intervall 36.000 Einzelbestimmungen mit jeweils einer Ebene, einer dynamischen Neigung γk und einer Orientie­ rung der maximalen Neigung tk im lokalen Koordinaten­ system. Auf den präsentierten Grafiken sind die Grenz­ linien des Rauschens als eine dreifache Standardabwei­ chung eingetragen, die den Werten 0,012° (0,21 mm/m) bzw. 0,008° (0,14 mm/m) für die beiden verwendeten Kon­ stellationen entsprechen. Die berechneten Orientierungs­ winkel (unten) sind offensichtlich zufällig im ganzen Inter­ vall zwischen 0° und 180° verteilt, wie von dem reinen Messrauschen auch zu erwarten wäre. Die Tatsache, dass ein zusätzlicher Sensor und eine Ausgleichung eine solche signifikante Steigung der Genauigkeit ermöglichen, über­ steigt die Erwartungen der Autoren. Die Benutzung von zusätzlichen Sensoren kann in jedem Fall für die prakti­ sche Anwendung empfohlen werden.

Die Ergebnisse der beschriebenen Testmessungen im Messkeller in beiden Konstellationen (drei bzw. vier Sen­ soren) für jeweils 9 Stunden (540 Minuten) werden in Bild 5 präsentiert. Wegen der sehr großen Anzahl der Ein­ zelbestimmungen (324.000 bei der Abtastrate von 10 Hz) werden dabei nur die Epochen berücksichtigt, bei denen die berechneten Neigungen γk größer als 0,009° bzw.

0,006° ausfallen. Die Anzahl von solchen Ausreißern im behandelten Zeitintervall beträgt in beiden Konstellatio­ nen entsprechend nur 367 und 133 Messungen. Beide Ex­ perimente wurden in den Nachtstunden (ab 21:00 Uhr lokaler Zeit) durchgeführt. Eine etwas höhere Häufigkeit von großen Abweichungen am Anfang und Ende des La­ borversuchs ist wahrscheinlich auf den Straßenverkehr der benachbarten Stadtviertel zurückzuführen. Auch bei die­ sen Beispielen ist erwartungsgemäß keine eindeutige Aus­ richtung von festgestellten relativ großen Neigungen (Bild 5 unten) zu erkennen.

Die präsentierten Ergebnisse weisen keine statisti­ schen Abweichungen zu anderen Testmessungen dieser Art auf und legen eine Grundlage für die Interpretation von Messungen an den realen Anlagen.

Ergebnisse der Testmessungen an einer WKA Um eine optimale Lösung für eine frühzeitige Erkennung von sicherheitsrelevanten Defekten an WKA-Fundamen­ ten auswählen zu können, bedarf es umfangreicher Test­ messungen an mehreren Anlagen. Hier werden nur die Test­ messungen an einer typischen 2-MW-Anlage präsentiert, die seit dem Erstellen vor ca. 13 Jahren nicht gründlich sa­ niert wurde und zahlreiche gut sichtbare ringförmige Risse im Fundament aufweist. Aus den mehrwöchigen Mess­ ergebnissen mit dem entwickelten Messsystem (Bild 6) und drei Sensoren werden hier exemplarisch nur 258 Intervalle von jeweils 60 Minuten (insgesamt etwas mehr als zehn Tage) ausgewählt, um die prinzipielle Vorgehensweise bei der Deformationsanalyse zu erläutern. In diesem Zeitinter­ vall herrschten wechselnde Windverhältnisse von absoluter Stille bis zu sehr starken Windböen. Die links dargestellten meteorologische Daten (Bild 7 links) wurden standartgemäß direkt an der WKA gemessen und dann genauso wie die berechneten Neigungen auf die vollen Stunden gemittelt. Da für die Analyse nur die Intervalle mit dem starken Wind und entsprechend großen Deformationen relevant sind, werden bei der Windrichtung nur die Messungen bei der Windstärke ab der 9 m/s in einer Höhe von 100 m berücksichtigt.

Bild 6. Testmessungen an einer WKA

Bild 7. Ergebnisse der Testmessungen an einer Windkraftanlage (exempla­ risch), links Meteorologische Daten und rechts Deformationsmessung mit drei Sensoren (Grafiken: Autoren)

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

In Bild 7 ist es deutlich zu erkennen, dass sich an al­ len relevanten Messtagen immer die für diese Jahreszeit üblichen Windrichtungen bei ca. 247° (d. h. etwa aus dem Süd­West) herrschten. Anhand der früher beschriebenen Laboruntersuchungen wurden in den präsentierten Daten nur die mittleren Neigungen ab 0,012° berücksichtigt, um die realen Deformationen vom unvermeidbaren Messrau­ schen zu trennen. Es ist deutlich zu erkennen, dass für die betrachtete Anlage die berechneten Richtungswinkel die­ ser maximalen Neigungen in einem geografischen Koordi­ natensystem konstant ca. 133° bzw. 313° betragen und dabei keinesfalls der Hauptwindrichtung entsprechen.

Diese Tatsache wurde auch bei den Messungen mit den abweichenden Windrichtungen bestätigt, was als Zeichen der defekten Verbindung zwischen Turm und Fundament in den entsprechenden Sektoren zu betrachten ist. Selbst­ verständlich dienen die hier behandelten Ergebnisse nur für eine vorläufige Beurteilung, die bei einer Fachexpertise verifiziert und ggf. später bei den entsprechenden Korrek­ turmaßnahmen berücksichtigt werden müssen.

Ausblick Durch eine Rotation des Laserstrahls des entwickelten Messsystems kann praktisch eine unbegrenzte Anzahl von Detektoren höhemäßig mit einer Genauigkeit im Sub­ millimeterbereich und einer Abtastrate von bis zu 4–5 Hz abgelesen werden. Im Vergleich zu der früher von den Autoren entwickelten Lösungen für Kontrolle der WKA­ Fundamente auf der Basis von modernen motorisierten Tachymetern [1] erlaubt das Messsystem wesentlich höhere Abtastraten bei einem Bruchteil der Gesamtkosten, was

für die behandelte Anwendung und den Massenmarkt der Windenergie von einer übergeordneten Bedeutung wäre.

Sowohl das Messsystem als auch die entwickelten Aus­ wertealgorithmen können nach den entsprechenden An­ passungen bei kritischen Baumaßnahmen wie z. B. beim Einsatz von Düsenstrahlverfahren, bei der Schlitzwand­ herstellung oder Herstellung von Bohrpfählen dicht an vorhandenen Bauwerken eigesetzt werden.

Literatur [1] Resnik, Boris; Schiefelbein, Norbert: Kontrolle der Schief­ stellung von Windenergieanlagen in Rahmen von periodi­ schen Untersuchungen: Ansätze und Erfahrungen. Sonder­ heft „Messtechnik im Bauwesen“. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 2014, S. 16–20.

[2] Resnik, Boris; Friedrich, Andreas; Schiefelbein, Norbert: Frühzeitige Erkennung von sicherheitsrelevanten Bauwerks­ zuständen an Windenergieanlagen (WEA) mit Hilfe dynami­ scher Belastungstests. Sonderheft „Messtechnik im Bauwe­ sen“. Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 2012, S. 20–23.

Weitere Informationen: Beuth Hochschule für Technik Berlin Fachbereich Bauingenieur­ und Geoinformationswesen Prof. Dr.­Ing. Boris Resnik und Daniel Jakubowski Luxemburger Straße 10 13353 Berlin resnik@beuth­hochschule.de Norbert Schiefelbein Gesellschaft für Informations­Management mbH schiefelbein@gim­vermessung.de

Forschungsbericht zu Luft­Leckagen Wichtige Ergebnisse des Forschungsprojekts „Bewertung von Fehlstellen in Luftdichtheitsebenen – Handlungsemp­ fehlung für Baupraktiker“ legten jetzt der Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (Berlin), das Aachener Institut für Bauschadensforschung und angewandte Bau­ physik gGmbH und das Fraunhofer­Institut für Bauphysik (Valley) gemeinsam vor.

Um das Thema Leckagebewertung mit der nötigen Bandbreite zu erfassen, haben die Forscher bestehendes Material ausgewertet, eine Leckagesystematik erstellt, Messdienstleister und Sachverständige befragt, Praxisfälle dokumentiert und Simulationen zur Leckagebewertung durchgeführt. Zusätzlich inhaltlich bereichert und abgerun­ det wird diese umfassende Herangehensweise durch ex­ terne Fachbeiträge, die ebenfalls im Abschlussbericht ent­ halten sind. Sie beleuchten Luft­Leckagen und ihre Be­ wertung unter Gesichtspunkten der Lüftungstechnik, des Eintrags von Gerüchen, der Fenstertechnik, des Brand­ und Schallschutzes sowie aus juristischer Sicht.

Erklärtes Ziel des Forschungsprojekts war es, der Bau­ praxis eine Handlungsempfehlung für den Umgang mit und die Bewertung von Luft­Leckagen anzubieten. Dabei unter­ streichen die Forscher, dass man umso mehr Informatio­ nen, beispielsweise zu Druckverhältnissen oder Leckage­

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verteilung, benötigt, je detaillierter eine technisch ausge­ richtete Leckagebewertung erfolgen soll. So ist es ratsam, ein Luft­Leck als umso risikobehafteter einzuschätzen, je weniger man über die Gesamtsituation weiß. Umgekehrt erhöht sich mit der Informationsdichte in der Regel auch die Zahl der Handlungsoptionen. Gibt es mehrere Alterna­ tiven, ist diejenige zu bevorzugen, die möglichst eindeutig zu beschreiben ist und möglichst geringe Anforderungen an die Umsetzung stellt.

Die Studie betont die wichtige Rolle, die eine konzep­ tionelle Herangehensweise an das Thema Gebäude­Luft­ dichtheit sowohl für das Vermeiden und Reduzieren wie auch für das Bewerten von Luft­Leckagen spielt. Gefördert wurde sie, wie auch der Forschungsbericht, mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau­, Stadt­ und Raumforschung (Aktenzeichen SWD­ 10.08.18.7­14.20). Die Studie steht u. a. unter www.flib.de und www.aibau.de zum kostenlosen Download bereit.

Weitere Informationen: Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e. V. (FLiB) Storkower Straße 158, 10407 Berlin Tel. (030) 29 03­56 34, Fax (030) 29 03­57 72 info@flib.de, www.flib.de

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Andreas Zoëga1, Martin Krause2, Jochen H. Kurz1, Stefan Maack2, Stefan Küttenbaum2, Nina Boßmann2

Ultraschalluntersuchungen zur Rissdetektion an ­Spannbetonschwellen Bild 1. Ultraschallmesssystem Lineares Array Links: Untersicht auf ein Linear Array mit zwölf Prüfkopf­ bänken und Schallwegen bei der multistatischen Messung (vereinfachte Darstellung des Mess­prinzips (ACS Ltd., Moskau) aus [1]). ­Polarisation der Scherwellen (SH) senk­ recht zur Array-Längsachse Rechts: Linear Array: Ergebnis der Sofort-Rekonstruktion eines Spannkanals in einem Betonprobekörper

Im deutschen Eisenbahnnetz sind ca. 80 Millionen Spannbetonschwellen verbaut. Analog zu anderen Bauwerken werden Spannbetonschwellen regelmäßig visuell inspiziert. Die Rissbildung ist bei diesen Inspektionen ein Kriterium für die Schädigung einer Spannbetonschwelle. Durch Rissbildung kann es passieren, dass Betonschwellen ihre Nutzungsdauer nicht erreichen.

Bei der Untersuchung von durch Risse geschädigten Spannbetonschwellen konnte festgestellt werden, dass sich diese in wenige, häufig auftretende Risstypen einteilen las­ sen. Eine Herausforderung stellt die Kleinvolumigkeit der Spannbetonschwellen im Vergleich zu üblichen Bauwerks­ dimensionen dar. Die Abmessungen der Betonschwellen liegen bei nur wenigen Vielfachen der zur Untersuchung verwendeten Ultraschall-Wellenlänge. Daraus resultierend müssen bei der Ultraschallprüfung insbesondere die geo­ metriebedingten Reflexionen bei diesem Bauteil beachtet werden.

Im von der Klaproth-Stiftung geförderten Forschungs­ projekt soll festgestellt werden, inwieweit mit vorhande­ nen, aus dem Bauwesen bekannten Prüftechniken die am häufigsten auftretenden Risstypen detektiert werden kön­ nen. Des Weiteren soll die Zuverlässigkeit der Detektion ermittelt und Weiterentwicklungspotentiale aufgezeigt werden. In diesem Artikel wird das Vorgehen anhand des sogenannten Kopfrisses (s. Bild 3) vorgestellt werden.

Prüftechnik Neben den klassischen, im Bauwesen verwendeten Ultra­ schallechogeräten mit Sende-Empfangs-Prüfköpfen, wel­ che mit einer Sensorposition nur eine Messung aufzeich­ nen, wurde für die Untersuchung dieses Risstyps ein mul­ tistatisch arbeitendes Ultraschall-Array verwendet. Dieses besteht aus zwölf Prüfkopfreihen, bei dem nacheinander jede Reihe sendet und alle anderen empfangen. Damit wird der Bereich unter dem Gerät „ausgeleuchtet“ und durch die im Gerät implementierte Rekonstruktionssoft­ ware ein Ultraschall-Längsschnitt erstellt, der auf dem Ge­ 1 DB

Systemtechnik GmbH, Brandenburg-Kirchmöser, Deutsch­ land 2 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Ber­ lin, Deutschland

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rät angezeigt und ausgegeben werden kann (Bild 1) [1].

Der Vorteil derartiger Geräte ist, dass bei der Kleinvolu­ migkeit der Spannbetonschwelle mit einer einzigen Sen­ sorposition der gesamte unter dem Array befindliche Quer­ schnitt der Spannbetonschwelle betrachtet werden kann.

Zur Messung des Rückwandechos mit dem Linear Ar­ ray am Schwellenkopf wird das Linear Array zentrisch auf den Schwellenkopf aufgesetzt und die Messung gestartet.

Entsprechend der Breite der Schwellenkopfoberseite von durchschnittlich 17,5 cm passen sechs bis sieben Ultra­ schallbänke à vier Prüfköpfe auf den Schwellenkopf. Die restlichen Prüfköpfe schallen dann lediglich in die Luft und tragen nicht zum Gesamtergebnis bei.

Vergleich von Ultraschallechoergebnissen an ungeschädig­ ten Schwellenköpfen und solchen mit Kopfriss Für eine ungeschädigte Betonschwelle ist die Abbildung des Rückwandechos am Schwellenkopf zu erwarten. Ver­ gleichende Messungen an verschiedenen Schwellen zei­ gen, dass die Ausprägung dieses Rückwandechos wesent­ lich von der Vorgeschichte dieser Schwellen, wie z. B. der Liegedauer im Gleis, abhängt. In Bild 2 und Bild 4 sind die Ergebnisse zweier Schwellen des Typs B 70 mit unter­ schiedlicher Vorgeschichte dargestellt. Bild 1 zeigt das Er­ gebnis an einer fabrikneuen Schwelle im Vergleich zu Mes­ sungen an einer 23 Jahre alten und im Gleis genutzten Schwelle in Bild 4. Dargestellt ist der Vergleich für die ­Ultraschall-Mittenfrequenzen von 50 kHz an ausgewähl­ ten Messstellen. An der unverwitterten Schwelle sind bei 50 kHz eindeutig das Rückwandecho und die Kantenechos sowie stellenweise das erste Mehrfachecho zu erkennen.

Im Gegensatz dazu ist für die verwitterte Schwelle (Bild 3 und Bild 4) das Rückwandecho für die Mittenfrequenz von 50 KHz deutlich erkennbar, während die Kantenechos, aufgrund des schlechteren Signal-Rausch-Verhältnisses, nicht für alle Messpositionen signifikant sind.

Die Präsenz eines Risses in einem Bauteil kann entwe­ der direkt detektiert werden, hierbei ist eine Reflexion vom Riss erkennbar, oder aber indirekt, der Riss schattet z. B. die Rückwand oder die Kantenechos ab. Für die indirekte Detektion ist es daher von entscheidender Wichtigkeit, dass diese geometrischen Anzeigen bei einer ungerissenen Schwelle zuverlässig detektierbar sind.

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Der Vergleich ähnlicher Experimente mit einer statis­ tischen Auswertung an mehreren Schwellen zeigt jedoch, dass es sowohl Einzelmessungen an intakten Schwellen gibt, bei denen das Kantenecho fehlt, als auch der umge­ kehrte Fall eintreten kann. Dieses ist vermutlich dadurch begründet, dass bei Einzelmessungen durch raue Oberflä­ chen und eine dadurch schlechte Ankopplung oder durch teilweise abgeplatzte Kanten das Kantenecho nicht detek­ tierbar ist. Hieraus kann geschlossen werden, dass der Ver­ gleich von einzelnen Positionen des Linear Arrays wahr­ scheinlich nicht das Potenzial für eine ausreichend zuver­ lässige Aussage hat. Deswegen werden in einem zweiten Ansatz die Ergebnisse mehrerer Messpositionen zu einer 3D-Auswertung zusammengefasst.

Messdatenrekonstruktion Bild 2. Ergebnis der Linear Array Messungen an den vier in der oberen Skizze markierten Positionen an einer neuen, unverwitterten Schwelle; so­ wohl das Rückwandecho als auch die Kantenechos sind für jede Position gut zu erkennen

Bild 3. Schwellenkopf mit markiertem Riss (Das Foto wurde für eine bessere Vergleichbarkeit mit den Linear Array Messungen gespiegelt)

Die Ergebnisse zeigen, dass bei geeigneter Wahl der Messparameter die Anzeige eines Kantenechos im Prinzip als Kriterium für eine ungeschädigte Schwelle genutzt wer­ den kann. Das ist in Bild 4 demonstriert: An Position 2 (auf der linken Seite der Schwelle) ist das linke Kantenecho der Schwelle abgeschattet, was durch den im Foto sichtbaren Riss (mit rotem Pfeil markiert) versursacht wird. Eine ent­ sprechende Referenzmessung in einem ungeschädigten Be­ reich zeigt dagegen ein deutliches Kantenecho.

Wie im vorherigem Abschnitt erläutert, lässt sich bei be­ kanntem äquidistanten Abstand der Messpositionen mit dem Linear Array ein 3D-Datensatz erstellen, der mit der 3D-Rekonstruktionssoftware InterSAFT ausgewertet wer­ den kann. Für die Schwellenköpfe an der in Bild 3 und Bild 4 dargestellten Schwelle, mit einem gerissenem und einem ungerissenen Schwellenkopf, wird diese 3D Rekon­ struktion nachfolgend dargestellt.

Für eine signifikante Darstellung von Rissen ist zu­ nächst zu prüfen, inwieweit die Referenzmessungen in Be­ reichen ohne Risse aussagefähig sind. Dazu zeigt Bild 5 die Messungen an dem ungerissenen verwitterten Schwellen­ kopf. Hierbei handelt es sich um ein SAFT-B-Bild (Längs­ schnitt) quer zur Schwelle und die 3D-Ansicht der Rekon­ struktion mit Kennzeichnung der Schnittebene. Das Re­ konstruktionsergebnis zeigt deutlich einen Teilbereich der Rückwand (Breite ca. 15 cm) und die beiden Kantenechos mit einem Abstand von ca. 30 cm, der der Sohlenbreite der Schwelle entspricht.

Im Vergleich dazu zeigt das Rekonstruktionsergebnis in Bild 6 deutlich den Einfluss des Risses im Schwellen­ kopf an Position H1 (Kopfriss links), wobei der Kopfriss ansatzweise abgebildet wird. In Bild 6 ist zusätzlich das dem Riss gegenüber liegende rechte Kantenecho sehr deut­ lich abgebildet. Inwieweit das Rückwandecho abgeschattet ist, lässt sich nicht quantifizieren, da das Rückwandecho mit einer Tiefe von z = 200 mm etwa der Tiefe des zweiten Wiederholungsechos des Rissechos entspricht.

Zusammenfassend lässt sich aus diesen und ähnlichen Ergebnissen an anderen Schwellen der gleichen Bauart ableiten, dass die 3D-Rekonstruktion von flächig hochauf­

Bild 4. Ergebnis mit dem Linear Array: links, an Position H1 mit vorhandenem Kopfriss (die Rissanzeige ist mit einem rotem Pfeil markiert), und rechts an Posi­ tion H5 ohne Kopfriss (die Rückwand- und Kantenreflexionen sind jeweils mit Pfeilen markiert; die Messpositionen sind in die Schwellenskizze eingetragen)

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 5. Ergebnis der 3D-SAFT Auswertung am Schwellenkopf, Position H5 ohne Riss. Trotz der verwitterten Oberfläche sind die Kanten- und die Rückwand­ reflexionen deutlich zu erkennen (Rekonstruktion auf der Basis von fünf aufgenommenen B-Bildern)

Bild 6. Ergebnis der 3D-SAFT Auswertung am Schwellenkopf Position H1; der Kopfriss ist als direkte Reflexion in einer Tiefe von 10 cm zu erkennen; die Kantenreflexion unter dem Risssignal ist abgeschattet, die dem Riss gegenüberliegende Kante ist deutlich zu erkennen. Im Vergleich zu Bild 5 besitzt die Rückwandreflexion eine geringere Intensität, insbesondere im Bereich des darüber liegenden Risses (Bilder: BAM)

gelösten Ultraschallecho-Daten das Potenzial zur zerstö­ rungsfreien Erkennung von Kopfrissen bei einer Messung von der Oberseite der Schwelle bietet.

Ausblick Die Ergebnisse zeigen, dass Ultraschallechotechniken, wie sie im Bauwesen Verwendung finden, erfolgversprechend auch für kleinvolumige Bauteile angewendet werden kön­ nen. Die dadurch bedingten Geometriereflexionen kön­ nen, wie im vorliegenden Fall das Kantenecho, als Krite­ rium für das Vorhandensein z. B. eines Risses genutzt wer­ den. Üblicherweise sind aufgrund der Bauteilgrößen im Bauwesen die Messungen großer Flächen nötig, mit der dazugehörigen Messpunktanzahl und damit bedingten Dauer. Bei den kleinvolumigen Betonschwellen hingegen ist mit einer Messung, deren Dauer nur wenige Sekunden beträgt, eine Aussage über den gesamten Querschnitt einer Spannbetonschwelle möglich.

Im Bauwesen können sich standardisierte Prüfvorge­ hen aufgrund der Einzigartigkeit der Bauwerke und Umge­ bungsbedingungen nur bedingt durchsetzen. Einheitliche Bewertungskriterien für Prüfaufgaben sind dadurch bisher nur schwer möglich. Aufgrund der Massenfertigung der Betonschwelle ist die Erarbeitung und Optimierung geziel­ ter Prüfvorgehen für sich wiederholende Prüfaufgaben er­ folgversprechend. Dadurch wird eine standardisierte Prü­ fung von Bahnschwellen möglich, wie dieses für Stahlbau­ teile üblich ist.

Im vorliegenden Fall konnte mit aus dem Bauwesen bekannten Prüftechniken und Auswertemethoden eine

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Prüfstrategie ausgearbeitet werden. Aufgrund der großen Anzahl an gleichen Bauteilen mit und ohne Schäden konn­ ten unterschiedliche Prüfmethoden und Messparameter auf ihre Zuverlässigkeit hin statistisch ausgewertet werden und damit die Prüfstrategie zuverlässiger gestaltet werden.

Danksagung Der Dank gilt der Dr. Hermann und Ellen Klaproth-Stif­ tung für die finanzielle Unterstützung des Forschungsvor­ habens.

Literatur [1] Schulze, S.; Mayer, K.; Krause, M.: Spannbetonuntersu­ chung mit bildgebenden Ultraschallecho-Verfahren. In: Be­ ton- und Stahlbetonbau 108 (2013) 12, S. 845–853.

[2] Mayer, K.: Softwarepaket InterSAFT zur bildgebenden Aus­ wertung von Ultraschallechomessungen, im Auftrag der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, ab 2008.

Weitere Informationen: Andreas Zoëga, DB Systemtechnik GmbH(1) Bahntechnikerring 74, 14774 Brandenburg-Kirchmöser Tel. (03381) 812 570, Fax (03381) 812 348 andreas.zoega@deutschebahn.com www.deutschebahn.com Martin Krause, BAM(2) Unter den Eichen 87, 12205 Berlin Tel. (030) 81 04-14 42, Fax (030) 81 04-14 47 martin.krause@bam.de, www.bam.de

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Behrooz Bagherian

Thermischer Komfort im Sommer – Ergebnisse aus dem Energie-­ Monitoring eines mit Passivhaus­komponenten sanierten Büro­ gebäudes Das IWU-Haus dient seit 2011 als neues Domizil des Instituts Wohnen und Umwelt (IWU) in Darmstadt. Das im Jahr 1962 erbaute Verwaltungsgebäude wurde vor dem Einzug energetisch auf nahezu Passivhaus-Standard modernisiert. Hierbei wurde dem sommerlichen Wärmeschutz besondere Bedeutung beigemessen und ein für Büronutzung angemessenes Konzept entwickelt. Die Messergebnisse zeigen, dass durch die Sanierung nach dem Passivhaus-Standard nicht nur der Energieverbrauch, sowie CO2-Emissionen des Bürogebäudes stark reduziert wurden, sondern zudem ohne Klimatisierung ein ausgezeichnetes sommerliches Raumklima erreicht.

Für kühle Räume im Sommer sorgen außen liegende La­ mellen-Jalousien mit automatischer Steuerung, die sich selbsttätig in Abhängigkeit von Sonneneinstrahlung und Anwesenheit der Nutzer auf optimale Lichtverhältnisse mit Tageslicht ohne Blendungserscheinungen in den Räumen einstellen. Eine weitere Maßnahme besteht in der Reduzie­ rung der internen Wärmelasten durch den Einsatz von energieeffizienten Beleuchtungsanlagen sowie EDV-Aus­ stattung in Büros. Des Weiteren sorgt das Konzept zur som­ merlichen Nachtlüftung mit motorisch kippbaren Fenstern in den Obergeschossen für die Abgabe der über den Tag aufgetragenen internen Lasten an die Außenluft. Exempla­ risch werden hier einige Auswertungen der Messdaten vom Sommer 2012 und 2015 illustriert und diskutiert. Aus Bild 2 ist zu entnehmen, dass das Jahr 2015 ein extremes Jahr be­ züglich der Außentemperaturen in Deutschland präsen­ tiert. Es stellt zudem die Abhängigkeit der gemessenen Raumtemperatur von der Außentemperatur im Sommer 2015 dar. Hierbei ist ersichtlich, dass die extremen Tempe­

Bild 2. Abhängigkeit der Raumtemperatur von der Außentemperatur – Messdaten vom 01.05.2015 bis 30.09.2015 für ein Büro im 2. OG auf der Südseite

raturschwankungen der Außenluft von 3 °C bis 39,5 °C die Raumtemperaturen aufgrund der oben genannten Energie­ konzepte nur moderat beeinflussen (mittlere Raumtempe­ ratur von 24,15 °C über die gesamte Messzeit und nur wäh­ rend drei Stunden maximal gemessener Raumtemperatu­ ren von 27,5 °C bis 28 °C).

Als ein Indikator zur Bewertung des thermischen Komforts kann die Unterschreitung des Grenzwertes der Übertemperaturgradstunden von 500 Kh/a – bei thermi­ schen Simulationen zur normativen Bewertung des som­ merlichen Wärmeschutzes für Nichtwohngebäude nach DIN 4108-2:2013-02 – herangezogen werden. Als oberer

Bild 1. Das IWU-Haus vor und nach der Sanierung

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Bild 3. Dauerlinie der Stundenmittelwerte der Raumtemperatur eines Bü­ ros im 2. Obergeschoss auf der Südseite – Messdaten vom 01.06. bis 31.08. für das Jahr 2012 und 2015

Bild 4. Komfortbewertung nach dem adaptiven Komfortmodell gemäß DIN EN 15251 für das Jahr 2015 – gemessene Raumlufttemperatur, darge­ stellt als Funktion des exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwertes der Außentemperatur (Grafiken/Fotos: Institut Wohnen und Umwelt GmbH)

Bezugswert der Innentemperatur legt die Norm 27 °C für die Stadt Darmstadt (Sommerklimaregion C) fest.

Bild 3 zeigt die Dauerlinien der gemessenen Raum­ temperaturen (sortierte Stundenmittelwerte) im Sommer 2012 und 2015. Demnach betragen die Übertemperatur­ gradstunden des Raumes (Temperaturen über 27 °C) nur 11 Stunden für das Jahr 2015, davon 7 Stunden innerhalb der Arbeitszeit. Bei einem Bezugswert von 25,6 °C würde erst dann der Grenzwert von 500 kh/a für 2015 erreicht.

Aus Bild 3 ist offensichtlich, dass auch die extremen Wet­ terverhältnisse im Jahr 2015 die Raumtemperaturen ledig­ lich um ca. ein Grad im Vergleich zum Jahr 2012 (modera­ ter Sommer) anheben konnten. Dies verdeutlicht die sehr gute thermische Qualität des Raumklimas im Sommer.

Schließlich repräsentiert Bild 4 die Komfortbewer­ tung nach dem adaptiven Komfortmodell gemäß DIN EN 15251 für das Jahr 2015. Die Messdaten werden nach Tem­ peraturen innerhalb bzw. außerhalb der Arbeitszeit unter­ schieden. Des Weiteren sind untere bzw. obere Grenzwerte der Innenraumtemperatur nach DIN EN 15251 durch blaue und rote Linien gekennzeichnet.

Nach Bild 4 unterschreitet der repräsentative Raum (2. OG Südseite) sogar die Anforderungen der Kategorie I (siehe rote Linie). Die Kategorie I bedeutet nach DIN EN 15251 ein hohes Maß an Erwartungen und wird empfohlen für Räume, in denen sich sehr empfindliche und anfällige Personen mit besonderen Bedürfnissen aufhalten, z. B. Per­ sonen mit Behinderungen, kranke Personen, sehr kleine Kinder und ältere Personen. Kategorie I bedeutet zudem, dass (theoretisch) weniger als 6 % der Gebäudenutzer mit der Qualität des thermischen Raumklimas unzufrieden sind (vgl. PMV-PPD-Index nach DIN EN ISO 7730).

Für die Analyse der Temperaturunterschreitungen im Sommer kann unabhängig von der Klassifizierung generell die zulässige Untergrenze der Kategorie III (nach DIN EN

15251) für Büroräume angesetzt werden (siehe blaue ­Linien). (Hinweis: Kategorie III nach DIN EN 15251: an­ nehmbares, moderates Maß an Erwartungen; kann bei be­ stehenden Gebäuden angewendet werden).

Im IWU-Haus wurde die Untergrenze in den gemesse­ nen Zeiträumen innerhalb der Arbeitszeit kaum unter­ schritten, da praktisch keine Unterkühlung des Gebäudes im Sommer aufgetreten ist (vgl. Bild 4).

Durch die Sanierung nach dem Passivhaus-Standard wurden nicht nur der Energieverbrauch sowie CO2-Emis­ sionen des Bürogebäudes stark reduziert, sondern zudem ohne Klimatisierung ein ausgezeichnetes sommerliches Raumklima erreicht. Der thermische Komfort sollte daher bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit als wichtiger As­ pekt stets mit berücksichtigt werden.

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Literatur [1] Deutscher Wetterdienst: Sommer 2012: Nach wechselhaf­ ter Witterung doch noch warm und trocken. Offenbach 2012.

[2] Deutscher Wetterdienst: Pressemitteilung „Deutschland­ wetter im Sommer 2015“. Offenbach 2015.

[3] DIN 4108 – Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäu­ den – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz.

Berlin, Februar 2013.

[4] DIN EN ISO 7730 – Ergonomie der thermischen Umge­ bung – Analytische Bestimmung und Interpretation der thermischen Behaglichkeit durch Berechnung des PMVund des PPD-Indexes und Kriterien der lokalen thermischen Behaglichkeit; Deutsche Fassung EN ISO 7730. Berlin, Mai 2006.

[5] DIN EN 15251 – Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Ge­ bäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik.

Deutsche Fassung EN 15251:2007. Berlin, Dezember 2012.

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Innovative FBG­Technik ermöglicht unterschiedliche Einsätze Die optischen Technologien haben in den letzten 40 Jahren eine neue Bedeutung in der Messtechnik erhalten. Lichtwellenleiter (LWL) ermöglichen im Vergleich zu konventionellen elektronischen Technologien eine störungsfreie Signalübertragung über große Distanzen. Im Bereich der klassischen Dehnungsmesstechnik können diese Vorteile durch den Einsatz von optischen Dehnungsmessstreifen auf Basis der Faser Bragg Gitter (FBG) umgesetzt werden, denn eine Dehnungsänderung der optischen Faser führt zu einer Wellenlängenänderung des reflektierten Lichtes.

Peekel bietet in Kooperation mit der Fa. MIOPAS GmbH, Goslar, neuartige FBG­Interrogatoren an. Diese werten optische Wellenlängenänderungen aus und übergeben sie zur weiteren Verarbeitung an das Peekel­Messsystem bzw. an die Software Autosoft 3000.

Der Standard­Interrogator SPK 155 arbeitet in einem spektralen Bereich von 1.525–1.570 nm und kann bis zu 20 FBG­Sensoren in einem LWL auswerten. Die synchrone Messung aller Sensoren erfolgt mit einer Messrate von bis zu 15 kHz. Mittels eines optischen Schalters können bis zu vier LWL und somit ca. 80 Kanäle an das System angeschlossen

Bild 1. Peekel Instruments bietet für die Messgeräteserien AUTOLOG 3000 und PICAS­Touch einen Interrogator zum Erfassen von Faser Bragg Sensoren (Grafik: Peekel Instruments)

Bild 2. Mit rotem Licht beleuchtete Lichtwellenleiter (LWL), in denen sich mehrere Fiber Bragg Gitter (FBG) befinden – diese sind sehr gut an den hell leuchtenden Stellen zu erkennen (Grafik: MIOPAS GmbH, Goslar)

und vermessen werden. Daneben gibt es noch einen erwei­ terten Interrogator mit einem spektralen Bereich von 1.510 bis 1.595 nm und bis zu 40 FBG­Sensoren je LWL. In einer dritten Version kann die Messrate bis zu 30 kHz betragen.

Zum Einsatz kommt diese neuartige Technologie über­ all dort, wo Temperaturen, Dehnungen und Vibrationen über lange Strecken gemessen werden müssen. Dazu zählen Bereiche wie das Bauwerksmonitoring, Langzeituntersu­ chungen an Strukturen sowie Messungen an Hochspan­ nungsmasten/­leitungen. Die LWL­Technik ermöglicht da­ bei Messstrecken bis zu 1 km Entfernung zwischen Mess­ gerät und Messstelle.

Die FBG­Technologie erweitert somit die AUTOLOG 3000 Serie um eine zukunftsträchtige Technologie. Das Messsystem AUTOLOG 3000 beinhaltet dynamische und statische Messkarten für DMS, Kraft­/Wegaufnehmer, Tem­ peraturfühler, Spannung­ und Stromsignale. Die Digitalisie­ rung erfolgt mit bis zu 5 kHz je Kanal bei einer Auflösung von 24 Bit. Optional gibt es für das Gehäuse einen TFT­ Touchbildschirm, welcher den PC­unabhängigen Betrieb ermöglicht.

Weitere Informationen: Peekel Instruments GmbH Bergmannstraße 43, 44809 Bochum Tel. (0234) 904 16 03, Fax (0234) 904 16 05 info@peekel.de, www.peekel.de

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Baustellen- und Bauwerksmonitoring

Einsatz faseroptischer Dehnungsmessstreifen und Sensoren im Bauwesen Ob in Tunnelbauprojekten, in Minen, Brücken, auf Hallendächer, in Stadien und anderen Konstruktionen im Hoch- und Tiefbau – eigentlich in jeder messtechnischen Anwendung, die sich auf eine langlebige und präzise Sensorik verlassen muss, um die ­Sicherheit und betriebliche Wirksamkeit zu garantieren, kommen faseroptischen Systeme von ZSE/FBGS‑International zum Einsatz.

dauer von 25–30 Jahren und sind unempfindlich gegenüber Chemikalien. Diese Eigenschaften ermöglichen den direk­ ten Einsatz im Außenbereich und unter Tage. Eine Beein­ flussung der Messergebnisse durch Korrosion oder elektro­ magnetische Felder wie z. B. auf einer Eisenbahnbrücke ist ausgeschlossen.

Bild 1. Strukturüberwachung an Brücken – in der Bauphase (Ausschnitt oben: Mountable FBG-Strain Sensor MS-01, Ausschnitt unten: FBG-Strain Cable SC-01), …

Bild 2. … im Betrieb (Ausschnitt: FBG-Displacement Sensor D-01) und …

Die konventionelle elektrische Messtechnik wird schon eine lange Zeit eingesetzt. Im Außenbereich und in indus­ triellen Umgebungen jedoch ist eine solche Technologie manchmal fehleranfällig. Elektrische Sensoren können wegen der anhaltenden Beanspruchung durch hohe Last­ wechselzahlen, Temperatur- und Druckschwankungen oder durch elektromagnetische Strahlung versagen. In ex­ plosiven Umgebungen dürfen sie oft gar nicht verwendet werden. All diese Probleme gehören der Vergangenheit an.

Mit optischen Fasern, bekannt aus der Fernmelde­ technik, ist FBGS‑International in der Lage, eine Glasfaser zum Sensor zu machen, und zwar schon während der Her­ stellung der Faser. Die eigentlichen Sensorelemente, die Fiber-Bragg-Gitter (FBG), werden mit intensivem ultravio­ letten Licht während des Ziehens in die Faser „program­ miert“. Diese FBGs reflektieren Licht einer bestimmten Wellenlänge. Durch eine Dehnung der Faser ändert sich diese Wellenlänge. Verglichen mit herkömmlichen elektri­ schen Sensoren sind optische Faser-Sensoren robuster, ef­ fizienter und sicherer.

Effizienz

Robustheit Der Sensor ist ein passiver innerer Bestandteil der Glasfa­ ser. Deshalb kann die Glasfaser mit dem Sensor direkt ins Material der Struktur eingebettet (bei Kompositmateria­ lien) oder aufgeklebt werden. Außerdem zeigen faseropti­ sche Sensoren keine Beeinflussung durch elektromagneti­ sche Felder, haben eine außergewöhnlich lange Lebens­

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Als ein Bestandteil der Glasfaser können die Sensoren ihre Signale über viele Kilometer ohne Beeinträchtigung von außen übertragen. Mehrere Sensoren können ihre Signale sogar gleichzeitig in einer Glasfaser übertragen. Das ver­ einfacht die Installation und hält die Kosten gering. Außer­ dem sind die Sensoren sehr dünn und leicht. Sie können somit auch direkt in die zu überwachende Struktur einge­ bettet werden. Untersee- oder Erdkabel, Pipelines und Brü­ ckentragseile mit eingebetteten Sensoren sind so relativ einfach herzustellen. Auch Bohrloch-Deformations-Mess­ systeme oder Geotextilien wie das Geodetect werden mit faseroptischen Sensoren bestückt.

Sicherheit Glasfasersensoren benutzen keine elektrischen Signale zur Übertragung und sind somit perfekt für den Einsatz in ex­ plosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Auch ein Blitzein­ schlag in die Metallkonstruktion, z. B. einer Brücke oder Halle, lässt sie „kalt“.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten Wegen ihrer Vorteile wurden die Fasern von ZSE/FBGS‑­ International bereits in vielen Anwendungen eingesetzt, in denen es ihre elektrischen Sensor-Pendants bisher schwer hatten, den Anforderungen gerecht zu werden: in Untersee­

Baustellen- und Bauwerksmonitoring

chung von Flugzeugsstrukturen für Airbus, die Struktur­ überwachung der Dachträger des Olympic Velodrome in Athen sowie die Überwachung der Stonecutters Bridge in Hong Kong. Mit eingebetteten faseroptischen Sensoren von FBGS‑International werden hier z. B. die Temperatur und die Dehnung in den kilometerlangen Haltekabeln ge­ messen.

In den beschriebenen Projekten finden Sensoren aus der Serienfertigung sowie etliche Spezialentwicklungen Einsatz. Da die Glasfaser aus der eigenen Herstellung in Jena stammt, ist es einfach, auf Kundenwünsche einzuge­ hen und spezielle Sensoren zu entwickeln oder bestehende an die Anwendung anzupassen.

Die ZSE Electronic GmbH bietet diese prämierten faseroptischen Dehnungsmessstreifen und Sensoren der belgischen Fa. FBGS‑International an.

Bild 3. … bei der Revision (Ausschnitt: FBG-Strain Gage SG-01) (Fotos: ZSE)

ölpipelines und Kabeln, Pylonen von Ölplattformen, unter­ irdischen Lagern für radioaktiven Abfall, Flugzeugen sowie in verschiedensten Strukturen des Hoch- und Tiefbaus wie Tunnel, Dämme, Brücken und Gebäude. Einige der bemer­ kenswerteren Referenzen sind z. B. die In-Flight-Überwa­

Weitere Informationen: ZSE Mess-Systeme & Sensortechnik GmbH In den Freßäckern 28, 74321 Bietigheim-Bissingen Tel. (07142) 68 45, Fax (07142) 69 97 instruments@zse.de, www.zse.de

Messtechnik im Bauwesen_1 Kopie.Page 1 13.02.2017 16:09:04

Das vielkanalige Meßsystem: Soundbook™ & SAMURAI™ Unser bewährtes Soundbook oder das kompatible USB-Meßsystem Apollo und die Software SAMURAI bieten dem Bauakustiker ein offenes Meßsystem, daß durch zusätzliche Softwaremodule einfach an jede Meßaufgabe angepaßt werden kann. Alle Softwaremodule entsprechen den DIN-Normen sowie den internationalen Standards. Bereits im Basisumfang von SAMURAI sind je Kanal verfügbar: • • • •

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eichfähiger Schallpegelmesser Klasse1 nach IEC 61672 mit 120 dB Pegellinearität (PTB, BEV, METAS) Echtzeit-Analysator nach IEC 61260 und FFT-Analysator 100...25000 Linien neben den Meßwerten werden die Rohsignale von DC - 80 kHz auf interner HDD / SSD gespeichert Messung der Nachhallzeiten (Impuls, abgeschaltetes Rauschen, Sinus-Sweep), Körperschall-Nachhallzeit

Die SAMURAI-Option MUNISENSE gestattet die Online-Speicherung der Meßwerte von Gebäudeschwingungen und Lärm und deren Visualisierung im Webportal in Echtzeit. In Kombination mit unseren seismischen Sensoren lassen sich Gebäudeschwingungen sowie µ-Vibrationen nach ISO 10811

(nach NIST-Kriterien und VC-Kurven A-F, z.B. in der Halbleiterfertigung) überwachen.

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3D-Seismometer

Messung von Nachhallzeit und Schalldämmung ISO 10140 / 16283 Messung von raumakustischen Parametern Monitoring von Baustellenlärm und Erschütterungen DIN 4150 / 45669 Überwachung von µ-Vibrationen nach ISO 10811 / NIST / VC-A ...G Messung von Schallabsorption ISO 10534-2 und Transmission Loss Messung des Trittschall-Minderungsmaßes nach ISO 16251-1 Fernwartung / Steuerung des gesamten Systems via TCPIP

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Messtechnik GmbH

Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Digitales Luftdichtheitsmessgerät Nicht nur die Anforderungen an Lüftung und Luftdichtheit steigen ständig, sondern auch Normen und Richtlinien unterliegen der Veränderung. Um auch im Bereich der Luftdichtheitsmessungen auf dem neuesten Stand zu bleiben, hat LTM sein Luftdichtheitsmessgerät LTM blowtest® aktualisiert und umfassend weiter­ entwickelt. Aus analog wurde digital und eine integrierte USBSchnittstelle ersetzt die Adapterlösung zur Übertragung der ­Daten. Die Komponenten Rahmen, Gerät, Zubehör und Tasche bilden ab 2017 ein komplett überarbeitetes BT-System-Package.

wird die Durchführung von Differenzdruckmessungen maßgeblich erleichtert.

Differenzdruckverfahren Luftdichte Bauweise verhindert, dass Raumwärme unkon­ trolliert aus dem Gebäude entweichen kann, sodass bau­ physikalischen Schäden wie Durchfeuchtung der Wärme­ dämmung oder der Bausubstanz effektiv vorgebeugt wird.

Die Reduzierung der Lüftungswärmeverluste leistet nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung, son­ dern bewirkt auch eine deutliche Verminderung des Jahres­ primärenergiebedarfs, denn die energetischen Vorteile der Gebäudehülle werden in hohem Maße bei der Ermittlung angerechnet. Dies wirkt sich positiv bei der Berechnung des KfW-Standards und bei der Erstellung eines Energieauswei­ ses aus.

Bei Niedrigenergie- und Passivhäusern ist die Luft­ dichtheit sogar als Teil des Energiebedarfsausweises gesetz­ lich vorgeschrieben. Um kostspielige Nachbesserungen am fertigen Gebäude zu vermeiden, empfiehlt es sich, bereits nach der Erstellung der luftdichten Außenhülle eine Mes­ sung durchzuführen. Die hierbei eventuell aufgefundenen Leckagen können dann schnell und unkompliziert beho­ ben werden. Mit der neuen Generation LTM blowtest®

Bild 1. LTM blowtest® – die neue Generation

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Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

Eine Messung mittels Differenzdruckverfahren ermöglicht die Überprüfung der Gebäudehülle auf Leckagen. Der im LTM blowtest® integrierte, drehzahlgeregelte Ventilator er­ zeugt eine Druckdifferenz von 50 Pa zwischen Umgebung und dem Gebäudeinneren. Nach erfolgreicher Durchfüh­ rung der Messungen (Unter- und Überdruckverfahren) wird das Ergebnis sofort vor Ort angezeigt. Eventuell vorhandene Leckagen können durch die Durchführung einer LeckageOrtung direkt im Anschluss geortet und dokumentiert wer­ den. Mit einem Prüfprotokoll sowie einem Zertifikat wird das Ergebnis für das geprüfte Gebäude nachgewiesen und zur weiteren Verwendung (z. B. Energiebedarfsausweis) do­ kumentiert.

Weitere Informationen: LTM GmbH Eberhardtstraße 60, 89073 Ulm Tel. (0731) 40 98 67-0, Fax (0731) 40 98 67-29 info@ltm-ulm.de, www.ltm-ulm.de

Bild 2. Das Differenzdruckverfahren im Schema (Foto/Grafik: LTM)

Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Feinste Temperaturdifferenzen detektieren – Bauthermografie als Forschungsprojekt Der Frankfurter Wohnungs- und Immobilienkonzern ABG möchte höchste Wohnqualität bieten. Eine FLIR T1030sc Wärmebild­ kamera hilft, die Dämmung der über 50.000 Wohnungen zu optimieren und ein Europäisches Forschungsprojekt umzusetzen.

Das Programm der Wohnungsbaugesellschaft ABG heißt „Wohnen für alle“, denn mit ca. 51.000 Wohnungen bietet der Immobilienkonzern in Frankfurt/M. Wohnraum für fast ein Viertel der Stadtbevölkerung. Zu dem Unterneh­ men gehören verschiedene Tochterunternehmen wie die Frankfurter Aufbau AG (FAAG), die GmbHs WOHN­ HEIM, MIBAU, Hellerhof und SAALBAU Betriebsgesell­ schaft sowie verschiedene Joint Ventures. Der ABG geht es immer auch um Innovation, getreu dem Motto „Wir sind die Passivhausmacher“.

Dipl.-Ing. Herbert Kratzel arbeitet bei der ABG für diese Ziele. Aber nicht nur dort, denn er hat drei Jobs – mindestens. Er ist Abteilungsleiter TGA der ABG und FAAG. Und er leitet, als einer von drei Geschäftsführern, die ABGnova GmbH, eine Gemeinschaftsgründung der ABG mit dem Frankfurter Energieversorger Mainova.

Nicht nur seine Visitenkarte, auch der Arbeitsalltag von Herbert Kratzel ist komplex. Er ist einer von vier Kol­ legen, die sich bei der ABG um Gebäudemonitoring und -diagnostik kümmern. Zu den Analyseverfahren, die er und sein Team dabei einsetzen, gehört die gesamte Palette der bauphysikalischen Messtechnik: BlowerDoor-Test, Son­ den, Endoskope – und natürlich die Thermografie. Dafür verwendet er nicht irgendeine Wärmebildkamera. „Die ABG setzt sich selbst höchste Qualitätsmaßstäbe“, erklärt der zertifizierte Thermograf (Stufe3), „und dem müssen wir natürlich auch in der bauthermografischen Diagnose ge­ recht werden.“ Getreu dieses hochqualitativen Anspruchs der ABG muss es deshalb schon eine FLIR sein – und mit der T1030sc sogar das Topmodell der handgehaltenen Thermografiesysteme.

Bild 1. Das Europäische Forschungsprojekt RetroKit der ABG FRANKFURT HOLDING im Stadtteil Bockenheim

Bild 2. Mit der FLIR T1030sc setzt die ABG eine Spitzenwärme­ bildkamera für Forschung und Entwicklung ein

Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) prüfen Herbert Kratzels Arbeit bestimmen drei Hauptaufgaben: Erstens die Analyse der Qualität von neu installierten WDVS, zweitens Untersuchungen zum Mindestwärme­ schutz (teilweise auch für externe Gutachten) und drittens Leckage-Untersuchungen (Luft und Wasser). Als die ABG 2007 beschlossen hatte, eine Wärmebildkamera anzuschaf­ fen, stand in erster Linie die Untersuchung neu installierter WDVS im Fokus, und bis heute ist das Herbert Kratzels wichtigste Aufgabe. „Leider stimmt es: Wer kontrolliert wird, arbeitet besser und genauer. Daher wollten wir uns nicht einfach blind auf die Effektivität einer Wärmedäm­ mung verlassen – sondern wir möchten sehen, dass sie das ist. Und natürlich auch, wenn und wo sie es nicht ist.“ Zu Herbert Kratzels Erstaunen gab es zu diesem Thema da­ mals keinerlei Fachliteratur, die Grenzwerte von Fehlern eines WDVS thermografisch definierte.

Bild 3. Herbert Kratzel mit seiner FLIR T1030sc

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Bild 5. Kalibrierstrecke in der Dämmung mit offener, teilausgeschäumter und voll ausgeschäumter Fuge (von links)

Bild 4. Europäisches Forschungsprojekt RetroKit: Sanierung der Fassade mit Integration der Zu- und Abluftleitungen in die Außendämmung (Foto: Ralf H. Pelkmann)

Mit Vergleichswerten für Objektivierbarkeit sorgen Das Team der ABG entwickelte deshalb selbst Verfahren, die zu reproduzierbaren Ergebnissen führen. Herbert Krat­ zel: „Wir haben einfach beispielhafte Fehler in eine Wär­ medämmung eingebaut, z. B. eine komplett unverfüllte 5 mm breite Fuge, oder eine nur teilweise verschlossene Fuge. Und dann haben wir uns mit der Wärmebildkamera diesen Baumangel – oder wie man heute gerne sagt: ‚diese Abweichung vom Sollzustand‘ – angesehen. Mit dieser Ka­ libriermessstrecke (bei bekannten weil über Monate ge­ loggten Innentemperaturen) hatten wir dann Vergleichs­ werte und konnten beim Auftreten ähnlicher Messergeb­ nisse sagen: Hier stimmt etwas nicht – und wir glauben auch zu wissen, was es genau sein könnte.“ Mit akribischer Systematik und thermografischen Scans, die unter den ver­ schiedensten Bedingungen wiederholt wurden, schuf sich das Team nicht nur einen großen Erfahrungsschatz, son­ dern vor allem jede Menge von Vergleichsmesswerten, die bis heute bei der Einschätzung der verschiedensten Auffäl­ ligkeiten und Wärmesignaturen von großem Wert sind.

Dieses Konzept hat sich als so erfolgreich erwiesen, dass Herbert Kratzel mittlerweile in fast jede Dämmung eine solche Kalibrierstrecke integrieren lässt. „Das würde ich vielleicht nicht in allen Städten machen, aber in Frankfurt/M. haben wir dank der klimatischen Verhält­ nisse kaum Probleme mit Algen oder Rissbildung“, erklärt er. „Und unsere Partner im Bereich Dämmung scheint es zu beflügeln, denn wir haben immer öfter wirklich gute

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Bild 6. Die einfache Bedienung und die hohe Verarbei­ tungsgeschwindigkeit der FLIR T1030sc erleichtern Her­ bert Kratzel die Arbeit – wie auch die Textkommentare, die er per Bluetooth-Headset zu den einzelnen Aufnah­ men aufnimmt

Fassaden, an den wir kaum etwas zu bemängeln haben.

Das kommunizieren wir dann gerne an das beauftragte Unternehmen – auch, damit wir beim nächsten Mal not­ falls sagen können: Ihr habt doch bewiesen, dass ihr es besser könnt.“ Das Thermografie-Team der ABG prüft heute ca. 40 Gebäude mit neuen WDVS pro Jahr. Dabei finden sich als Nebenbefunde natürlich auch andere Auf­ fälligkeiten, z. B. an Fenstern oder Gaubenanschlüssen oder am Dach-/Wandübergang. Von Anfang an setzte die ABG dabei auf Wärmebildkameras von FLIR. „Unsere erste FLIR B20 HSV ist bis heute in Betrieb“, erklärt Her­ bert Kratzel, der besonders den hochempfindlichen und rauscharmen Detektor der Kamera schätzt.

Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Bild 7. Ab- und Zuleitungskanäle in der Dämmung (Schema)

Europäisches Forschungsprojekt RetroKit Mittlerweile setzt das Team auch eine FLIR T1030sc ein – eigentlich eine Kamera für Forschung und Entwicklung. „Und genau das ist es auch, was wir damit machen“, er­ klärt Herbert Kratzel am Beispiel der Sanierung von zwei Mietshäusern in Frankfurt-Bockenheim. „Gemeinsam mit Partnern aus der Wissenschaft wie dem Fraunhofer Institut haben wir hier das Europäische Forschungsprojekt Retro­ Kit umgesetzt: Eine Sanierung mit Lüftungskanälen (Zuund Abluft) bzw. nur Abluft auf der Außenseite des Ge­ bäudes, integriert in die Dämmung. Außerdem wurden die Fenster des Hauses so ersetzt, dass die Mieter während der Renovierungsarbeiten kaum belästigt wurden: Erst, wenn von außen die neuen Fenster installiert waren, wurden von innen die alten Fenster entfernt.“ Das gesamte Projekt wurde mit kontinuierlichen Mes­ sungen von Temperatur, relativer Luftfeuchte und CO2Gehalt begleitet. „Nach der Sanierung und Dämmung er­ kennt die FLIR T1030sc dank ihrer außergewöhnlichen thermischen Auflösung von 1.024 × 768 Pixeln die Abluft­ leitungen – obwohl sie die Dämmung nur um wenige Zehn­ tel Grad erwärmen“, erklärt Herbert Kratzel sichtlich be­ geistert von der Leistungsfähigkeit und thermischen Emp­ findlichkeit (NETD: < 20 mK) seines Messinstruments.

Besonders gefäallen ihm das gelungene Handling („Darin ist die T1030sc definitiv die beste FLIR-Kamera bisher.“), die „sehr, sehr gute“ Auflösung (die Isothermen mit einem Abstand von 0,1 K sehr gut auflöst) und die Geschwindig­ keit des Prozessors. Denn um äußere Einflüsse weitestge­ hend zu eliminieren, arbeitet er meistens abends nach Son­ nenuntergang und bei kälteren Temperaturen mit der Ka­ mera. „Jeder, der schon einmal nachts im Winter 150 oder mehr Thermografie-Aufnahmen von einem Gebäude ge­ macht hat, weiß, was es bedeutet, wenn das Abspeichern eines Bildpärchens (IR und DC) gefühlte 10 Sekunden ­dauert – oder gerade mal zwei.“ Die beliebten Bildverbesserungsfunktionen Ultramax und MSX spielten für Herbert Kratzel bei der Entschei­ dung für die Kamera überraschenderweise eine unterge­ ordnete Rolle. „Vielleicht liegt es an unserem konkreten

Arbeitsbereich, aber für mich ist die reine IR-Auflösung der Kamera bereits so überzeugend, dass ich Ultramax und MSX lediglich zusätzlich einsetze. Die Basis der Analyse bildet bei mir immer das reine Infrarotbild. Ausgehend da­ von sind eventuelle weitere Darstellungsoptionen möglich, wenn sie einen zusätzlichen Erkenntnisgewinn bringen“, erklärt er.

Nur Systematik führt zu verwertbaren Ergebnissen Auf der Basis seines physikalischen Wissens und seiner Erfahrung plädiert Herbert Kratzel für eine systematische und akribische Vorgehensweise bei thermografischen Un­ tersuchungen: „Nur, wenn ich weiß, welche äußeren Ein­ flüsse die Messungen beeinträchtigen können, sind meine Thermogramme mehr als nur bunte Bildchen. In der Bau­ thermografie gehören zu diesen unerwünschten Einflüssen Feuchtigkeit und Wind genauso wie Sonneneinstrahlung.

Wenn die Sonne nur fünf Minuten direkt auf ein Gebäude scheint, brauche ich mich danach überhaupt nicht mehr an die Arbeit zu machen, sofern ich die Effekte der Transmis­ sion messen will. Ich messe dann nämlich vor allem die Erwärmung der Fassade durch die Sonne.“

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Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Bild 8. Die Auflösung der FLIR T1030sc ist nicht nur detailliert genug, um die Ab- und Zuleitungskanäle in der Dämmung zu detektieren (hier Abluft, linke Bildhälfte unterhalb der Windrose), denn sogar die thermisch getrennten ­Dübel der Dämmkonstruktion sind als regelmäßige dunkle Punkte sichtbar

Bild 10. Luftleckageortung: Die Isothermen in einer Auflösung von 0,1 K sind gut erkennbar (Fotos/Grafiken: FLIR Systems/ABG Frankfurt)

Dafür ist das Team von Herbert Kratzel dank der so­ liden Ausbildung und Zertifizierung des ABG-TechnikTeams bestens gerüstet – nicht nur mit einer ISO-Zertifizie­ rung im BlowerDoor-Test. Dazu gehören natürlich auch gründliche Thermografiekenntnisse. Wie seine drei Kolle­ gen hat er erst einen Einführungskurs besucht und sich als Thermograf nach den Stufen 1 und 2 zertifizieren lassen.

Für Herbert Kratzel und einen Kollegen folgte auch noch die höchste (dritte) Zertifizierungsstufe und als Konse­ quenz daraus seit drei Jahren im Wintersemester regel­ mäßig ein kleiner Lehrauftrag für Bauthermografie an der Hochschule. Mit der FLIR T1030sc verfügt die ABG über das richtige Werkzeug, um dieses geballte Know-how opti­ mal einzusetzen.

Bild 9. Die Ab- und Zuleitungskanäle in der Dämmung sind als hellere ­Linien vor dem dunklen Blau der Fassade deutlich zu erkennen

Im Unternehmen gefragt Wie sinnvoll Thermografie sein kann, stand für Herbert Kratzel nie infrage. „Das sahen anfangs nicht alle so. Ei­ nige Kollegen aus dem Hochbau sagten uns damals hinter vorgehaltener Hand: Ihr findet Fehler, die wir gar nicht gesucht haben. Wir galten damals als Besserwisser“, er­ klärt Herbert Kratzel und fügt nicht ohne Stolz hinzu: „Mittlerweile hat sich die Wahrnehmung gründlich geän­ dert, und wir werden als willkommene Unterstützung bei den verschiedensten Problemen kontaktiert.“

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Thomas Jung (Sales Director Central Europe Instruments), Frank Liebelt (Freier Journalist, Frankfurt/M.)

Weitere Informationen: FLIR Systems GmbH Berner Sraße 81, 60437 Frankfurt/M. Tel. (069) 95 00 90-0, Fax (069) 95 00 90-40 info@flir.de www.flir.com/instruments ABG FRANKFURT HOLDING Dipl.-Ing. Herbert Kratzel Niddastraße 107, 60329 Frankfurt/M. Tel. (069) 26 08-393, Fax (069) 26 08-277 h.kratzel@faag.abg-fh.de www.faag.abg-fh.de

Feuchte-, Temperatur- und Luftdichtheitsmessungen

Restfeuchtemessung von Zementestrich DNS-Feuchtemessgeräte „wiegen“ eine bestimmte Menge der Zement-Estrich-Mischung und zeigen die anteilige Wassermenge in Gewichtsprozenten an. Diese Angabe kann dann am Feuchteprofil, das für die jeweilige Baustoffmischung im DNS-Messgerät vorkalibriert ist, auf „Eignung“ der Estrichschicht für eine weitergehende Bearbeitung beurteilt werden.

Da die meisten Zement-Estrich-Mischungen auf „Trocken“Zustände zwischen 0,8 und 2,0 Gewichts-% austrocknen müssen, ist der allseits empfohlene 2,0-CM-%-Zustand (∼ 2,4 Gew.-%) an Zementestrichen die Schadensursache, wenn der Vor-Ort-Estrich auf z. B. 1,4 CM-% austrocknet.

Bei Calciumsulfatestrichen gilt dieselbe Regel für 0,2 Gew.%, wenn 0,5 CM-% gemessen werden und die Temperatur in der Estrichschicht ansteigen kann.

beim Verdunsten der Wassermenge. Viele Abdichtungen werden aber auch erst bei der Wasserdampf-Druck-Ent­ wicklung zersetzt oder „abgedrückt“, was zu Blasenbil­ dung, Entstehung von Rissen und Auflösung von Klebstof­ fen oder Bindemitteln führt, die dann eine Nutzung der gesamten Gebäude unmöglich machen können.

Da die meisten Feuchteschäden irreparabel sind und häufig einen Rückbau unumgänglich machen, fällt es vielen Estrichherstellern und Planern schwer, den finanziellen Schaden zu bewältigen, wobei den Versicherern erst lang­ sam bewusst wird, dass Feuchteschäden nicht unbedingt unter ihren Versicherungsschutz fallen, d. h. der Verursa­ cher muss die entstehende Schadenssumme gelegentlich „privat“ aufbringen. Schadensverursacher ist letztendlich derjenige, der noch vorhandene Restfeuchtemengen in Be­ ton- oder Estrichschichten als „belege- oder abdichtungs­ reif“ oder mit einer „Frei-Messung“ akzeptiert.

Sofern der Planer oder Bauherr den materiellen Feuchteschaden reparieren kann, muss der Bauherr oder Nutzer dafür sorgen, dass die (gegebenenfalls immer noch vorhandene) Restfeuchtemenge möglichst schnell und spurlos, d. h. ohne Algen- und Schimmelbewuchs, aus dem Raum abgezogen wird, um zu verhindern, dass dauerhaft exhalierendes Radongas sein Leben grundlegend verän­ dern kann.

Fazit

Set zur Restfeuchtemessung mit Messprotokoll (Foto: Denzel)

Planer bzw. Bauherr und Bodenleger müssen vor der Belegung wissen, welche Restfeuchtemenge sich noch in der Beton- oder Estrichschicht befindet und wie viel davon für den Menschen bzw. das Material gefährlich werden kann. DNS-Denzel stellt ein Feuchtemessgerät vor, das die Baustoffschicht zerstörungsfrei „durchleuchtet“, um an­ hand der Wasser-Permittivität (Dielektrizitätskonstante > 80) festzustellen, welche Wassermenge (Kapazität) im Verhältnis zur Feststoffmenge (Kies, Sand, Zusatzmittel­ konzentrat < 15) noch vorhanden ist. Die gefährliche Rest­ feuchtemenge kann dann am vorkalibrierten Feuchteprofil des DNS-Messgerätes abgelesen werden.

Bewehrungsstahl und wasserführende Heizungsrohre haben keinen Einfluss auf das DNS-Messergebnis (fach­ gerechter, > 15 mm-Einbau vorausgesetzt). Das DNS-Mess­ protokoll zeigt die Messergebnisse in einer Raumskizze, farblich nach Gefahr-Potenzial abgestuft, automatisch ein­ getragen, bestätigend unterzeichnet und gespeichert oder ausgedruckt oder/und in einer Messergebnis-Tabelle ein­ getragen und vielseitig elektronisch weiterverwendbar ge­ speichert.

Baustellen-Relevanz Die meisten Abdichtungen sind zumindest wasserempfind­ lich und quellen, verformen oder verfärben sich bereits

Vorbeugen ist besser als heilen – Feuchtemessen vor der „Abdichtung“ ist Bürgerpflicht. Die Restfeuchtemenge kann mit DNS-G-832-Feuchtesensoren auch optisch nach­ vollziehbar gezeigt werden, was allseits gehasste Beden­ kenanmeldungen unnötig macht. Messtechnik ist unum­ gänglich.

DNS-G-832-Feuchtesensoren Messmethode: elektromagnetische Feldanregung im < 5-MHzBereich (keine Widerstandsmessung) Messtechnik: zerstörungsfrei (nicht materialzerstörend) Messbereich: max. 250 mm bis zur nächsten „trockenen“ Baustoffschicht Materialkalibrierung: die in Europa und Nordamerika gebräuchlichen Baustoffmischungen bzw. Bindemittel Sondermaterialkalibrierungen: werden auf Anfrage erarbeitet DNS-Messgenauigkeit: > 99 % an bekannten Baustoff-Mischungen, > 95 % an unbekannten Baustoffarten und Sondermischungen Messgenauigkeit-Verantwortung: DNS-Denzel Feuchte-Messtechnik GmbH Gutachten und Prüfberichte bzw. Dokumentationen: www.DNS-Denzel.de/Referenzen.html Weitere Informationen: DNS-Denzel Feuchte-Messtechnik GmbH Am Wasserturm 5, 73104 Bortlingen Tel. (07161) 95 93 36, Fax (07161) 95 93 37 feuchte@dns-denzel.de www.dns-denzel.de

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Fabian Malm, Christian Große

Moderne Ultraschallmesstechnik für die Qualitätssicherung ­zementgebundener Werkstoffe Die Überwachung von zementgebundenen Baustoffen (z. B. von Beton oder Mörtel) während der Bauphase ist im Hinblick auf die Qualitätssicherung und Dauerhaftigkeit notwendig. Bei der Untersuchung der Frischbeton-Eigenschaften während der Erstarrung und dem Erhärten sind konventionelle Methoden, wie der VicatVersuch, die Bestimmung des Ausbreitmaßes oder die Untersuchung von Druckwürfeln Stand der Technik. Eine Untersuchung der Eigenschaften mittels Ultraschallverfahren bietet, im Vergleich zu diesen konventionellen Methoden, die Möglichkeit, Messungen objektiver und präziser zu gestalten.

Die Bestimmung betontechnologischer Eigenschaften von Frischbeton verbessert die Standsicherheit und Gebrauchs­ tauglichkeit von Betonbauwerken. Aktuelle Regelwerke stellen die DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 dar. Die darin beschriebenen konventionellen Prüfverfahren (Ausbreit­ versuch, Vicat-Nadel, Verdichtungsversuch etc.) besitzen für die Qualitätssicherung allerdings nur einen einge­ schränkten Informationsgehalt und geben kaum Aufschluss über relevante betontechnologische Parameter zur Ge­ währleistung der Sicherheit moderner Bautechnik. Belast­ bare Aussagen über den Verlauf der Erhärtung und der Hy­ dratation von zementgebundenen Materialien können so beispielsweise nicht gewonnen werden, da die konventio­ nellen Techniken nur eine Momentaufnahme der Beton­ eigenschaften wiedergeben und ungeeignet für ein moder­ nes Qualitätsmanagement sind. Mit der Verbesserung mess­ technischer Methoden und den gestiegen Ansprüchen an die Qualitätsprüfung gewinnt die Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) gegenwärtig zunehmend an Bedeutung. Erste An­ sätze, hier Abhilfe zu schaffen, sind Vorschläge zur Stan­ dardisierung der Qualitätssicherung von Frischbeton der Organisation Reunion Internationale des Laboratoires et Experts des Materiaux [13] oder die bereits verbindlich ein­ geführte ZTV-ING, Teil 5 „Tunnelbau“ zur Überwachung der Dicken von Tunnelinnenschalen [2007]. Bereits zahl­

reiche Veröffentlichungen zeigen [2, 5, 8, 9, 12], dass mit Hilfe der Ultraschalltechnik eine zerstörungsfreie, objek­ tive und reproduzierbare Analyse des Erstarrungs- und Er­ härtungsverhaltens in-situ durchgeführt werden kann. Die hier dargestellten Untersuchungen sollen die Sensitivität dieser zerstörungsfreien Prüfmethode hinsichtlich unter­ schiedlicher Frischmörtel- und Frischbetonzusammenset­ zungen aufzeigen. Sie funktionieren dabei ähnlich wie ein Fingerabdruck und können eine Betonmischung detailliert charakterisieren. Mit den aufgezeichneten Ultraschallsigna­ len und den am Lehrstuhl entwickelten mathematischen Approximationen ist es beispielsweise möglich, die indivi­ duelle Entwicklung elastischer Materialparameter wie Elas­ tizitätsmodul, Schubmodul und Poissonzahl über das Pro­ benalter darzustellen, um auf deren Eigenschaften im erhär­ teten Zustand zu schließen.

Ultraschalllaufzeit-Verfahren mit FreshCon-Gerät Mithilfe des FreshCon-Systems der Fa. Smartmote (TTI GmbH – TGU Smartmote) ist es möglich, vollautomatisiert Ultraschallmessungen durchzuführen, um den zeitlichen Verlauf des Erstarrungs- und Erhärtungsverfahrens von Frischbeton bzw. Frischmörtel zu charakterisieren. Zur Analyse des Ultraschallsignals werden die Auswertepara­ meter Wellenform, P- und S-Wellenlaufzeit (Geschwindig­ keit), Amplitude (Energie) und Amplitudenspektrum (Fre­ quenz) verwendet.

Der Messaufbau besteht aus einem Messcomputer mit Data Acquisition Card (DAQ), Signalverstärker, Impuls­ generator, digitalem Oszilloskop und einem Messbehälter mit Kompressionswellen- und Scherwellensensorpaar.

Bild 1 zeigt den Versuchsaufbau in einer Klimakammer während einer Messung (links) bzw. die einzelnen Kompo­ nenten des Messbehälters (rechts) mit bereits erhärteter Mörtelprobe.

Bild 1. links: Aufbau des FreshCon-Geräts in einer Klimakammer (T = 20 °C, ϕ = 60 %), rechts: Aufbau des Messbehälters (Fotos: Müller 2012 [11])

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Theoretische Grundlagen der Ultraschallausbreitungs­ geschwindigkeit während der Erstarrungs- und Erhärtungs­ phase Die Hydratation von Zement und zementhaltigen Materia­ lien kann als Übergang von einer visko-elastischen Suspen­ sion hin zu einem elastischen porösen Festkörper angese­ hen werden. Nach [18] können innerhalb dieses Übergangs drei markante Phasen unterschieden werden, in denen sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Primärwelle ändert: (1) Ruhephase (dormant phase), (2) Beschleunigungsphase (acceleration phase) und (3) Entschleunigungs- bzw. Verzö­ gerungsphase (decelaration phase). Eine schematische Dar­ stellung zeigt Bild 2.

Während der Ruhephase wird die Ausbreitungs­ geschwindigkeit größtenteils durch den hohen Luftporen­ gehalt kurz nach dem Mischvorgang und dem Luftgehalt des Anmachwassers bestimmt. Die Hydratation hat noch nicht begonnen, wodurch die Zementpartikel isoliert und vom Wasser umschlossen vorliegen. Eine Primärwellen­ geschwindigkeit kann bereits gemessen werden, ist aber stark beeinflusst durch den Impedanzunterschied zwi­ schen den Medien Luft und Beton bzw. Mörtel. Dadurch verliert die sich ausbreitende Welle über 80 % ihrer Ener­ gie an den Grenzflächen durch Reflektion [4]. Die experi­ mentelle Messung der S-Wellengeschwindigkeit ist zu die­ sem Zeitpunkt schwierig, da nahezu keine Scherkräfte von der Suspension aufgenommen werden.

In der Beschleunigungsphase verzeichnet die P-Wel­ lengeschwindigkeit einen starken Anstieg. Hierfür sind zwei Gründe maßgebend: das Bluten des Betons bzw. des Mörtels und die beginnende Bildung von Hydratphasen sowie die Ettringitbildung [7]. Als Folge dessen nimmt die Porosität bzw. der Gehalt an Luftporen ab und die Aus­ breitungsgeschwindigkeit erhöht sich. Mit der Bildung von Hydratphasen geht der Baustoff von einem Fluid zu einem Festkörper über, mit der Folge eines verstärkten Anstiegs der P- und S-Wellengeschwindigkeit.

Während der Entschleunigungsphase steigen die Pri­ mär- und Sekundärwellengeschwindigkeit geringfügig wei­ ter an, bis die Erhärtung des Zementsteins komplett abge­ schlossen ist. Die vollständige Ausbildung der Hydratpha­ sen (Portlandit und C-S-H) schreitet fort. Dabei lässt sich

der Anstieg der Geschwindigkeit mit der einhergehenden Festigkeitsentwicklung begründen.

Laborversuche Um die individuellen Erhärtungs- und Erstarrungseigen­ schaften der zementgebundenen Baustoffe in Abhängigkeit ihrer einzelnen Materialzusammensetzungen zu analysie­ ren, wurden für die folgende Darstellung aus einem um­ fangreichen Versuchsprogramm, durchgeführt am Lehr­ stuhl für Zerstörungsfreie Prüfung der TU München, exem­ plarisch einige Beispiele (Bild 3) ausgewählt. Interessante Zeitpunkte sind dabei die Übergangsmomente von Phase (1) und (2) sowie (2) und (3), die mathematisch als Wende­ punkte beschrieben werden können. Bedingt durch das Messsystem und die Auswerteanalyse der P-Wellenge­ schwindigkeit ergeben sich teilweise streuende Messwerte, welche zu einem „zackigen“ Kurvenverlauf führen (Bil­ der 2 und 3).

Der verzögernde Einfluss auf den Verlauf der Zement­ hydratation (Bild 4, oben) durch die Zugabe von Steinkoh­ leflugasche [6, 15] kann an Geschwindigkeitsmessungen von Mörtel gezeigt werden. Im Vergleich zur Referenzprobe der Normmischung (Norm), entwickelt sich die P- und die S-Wellengeschwindigkeit mit Flugascheanteil (50C50FA_4) langsamer. Nach 25 Stunden liegen die Werte wieder im Bereich der Referenzmischung. Als charakteristischer Be­ ginn von Phase (2) kann der P-Welle (S-Welle) ein Zeit­ punkt von ca. 2 Stunden (ca. 3,5 Stunden) zugeordnet wer­ den. Nach Ende der „Ruhephase“ beginnt die Ausbildung

Bild 2. Zusammensetzungen [kg/m3] der untersuchten Mörtelmischungen

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Bild 3. Links: Vereinfachte Darstellung der Pri­ märwellengeschwindigkeit während der drei cha­ rakteristischen Phasen Ruhephase (1), Beschleu­ nigungsphase (2) und Entschleunigungsphase (3) [18]. rechts: Veränderung der Primärwellenge­ schwindigkeit: in Zementpaste (Portlandzement, w/z = 0,5) mittels des ­Modells von Harker et al.1988 [4] (Grafiken: Robeyst 2010 [14])

der festigkeitsbestimmenden Hydratphasen bzw. CSH-Pha­ sen. Der später einsetzende Anstieg der S-Welle ist mit dem verzögernden Einsetzen des Verkittens der Partikel zu er­ klären. Erst ab diesem Zeitpunkt können vom Medium Scherkräfte übertragen werden. Während der „Beschleuni­ gungsphase“, nach zwei Stunden (bzw. dreieinhalb Stun­ den), ist ein signifikanter Anstieg der Wellengeschwindig­ keiten bis nach ca. 22 Stunden (bzw. 14 Stunden), bedingt durch die gegenseitige Verzahnung der Hydratationspro­ dukte, zu beobachten. Die Porosität des Gefüges und der Gehalt an Luftporen sinken, mit der Folge einer Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Nach diesem Anstieg pendeln sich die Wellengeschwindigkeiten auf einen na­ hezu konstanten Wert ein. Mit dem Einsatz des Mahlhilfs­ mittels Thriethanolamin (50C50FA_TEA) wird in der Ze­ mentindustrie die puzzolanische Reaktion der beigesetzten Steinkohleflugaschen beschleunigt. Das bedeutet, dass die festigkeitsbildende chemische Reaktion, die vergleichbar mit der Zementhydratation ist, schneller beginnen und vo­

ranschreiten kann. Dieses Verhalten lässt sich deutlich in der Anfangsphase erkennen. Nach ca. 13 Stunden Hydra­ tation gleichen sich die P- und S-Wellengeschwindigkeiten von 50C50FA_4 und 50C50FA_TEA nahezu wieder an. Ein ähnliches Verhalten lässt sich für die Mischung 50C50QM mit Quarzmehl erkennen. Die Füllerwirkung und auch die Begünstigung der Keimbildung der Hydratationsprodukte [10] sind für die erhöhte Ausbreitungsgeschwindigkeit maß­ geblich verantwortlich.

Der Einfluss des Luftgehalts im Frischmörtel aus Bild 2 lässt sich experimentell an den Mischungen Norm und Norm_UD zeigen. Die Herstellung von Norm_UD er­ folgte bei Unterdruck (80 mBar), sodass eine optimierte Verdichtung des Frischbetons mit kleinstmöglichem Luft­ gehalt entstand. In der Ruhephase startet somit die P-Wel­ lengeschwindigkeit aufgrund der höheren Dichte bereits mit Werten um ca. 1700 m/s und liegt knapp über der Wel­ lengeschwindigkeit in Wasser, wogegen die S-Welle, simul­ tan zu den übrigen Proben, kaum detektierbar ist.

Bild 4. Oben: Wellengeschwindigkeiten der in Bild 2 aufgelisteten Mischungen, unten: Wellen­ geschwindigkeiten der Mischungen 50C50FA_4 und 50C50FA_TEA, deren Fitfunktionen mit Wende­punkten, sowie den jeweiligen Zeitpunk­ ten Erstarrungsbeginn (EB) und -ende (EE)

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Bild 5. Elastische Module (linke Ordinate) und Würfeldruckfestigkeiten (rechte Ordinate) über einen Versuchszeitraum von 150 Stunden bzw.

100 Tagen – E­Modul fokussiert (Grafiken 3, 4 und 5: Centrum Baustoffe und Materialprüfung cbm)

In Bild 4 (unten) sind die Ergebnisse der Experimente 50C50FA_4 und 50C50FA_TEA mit den jeweils bestimm­ ten Erstarrungszeiten nach Vicat (vertikale Linien) darge­ stellt. Der beschleunigende Einfluss des Additivs TEA auf die puzzolanische Reaktion kann in diesem Diagramm anhand der verkürzten Erstarrungszeit gezeigt werden.

Die Erstarrungszeit beschreibt in diesem Zusammenhang den Zeitunterschied zwischen Erstarrungsende (EE) und Erstarrungsbeginn (EB). Durch den Einfluss von TEA wird diese von 3:40 auf 1:30 Stunden reduziert. Unter Berück­ sichtigung des systematischen Auswertefehlers nach Vicat von ± 10 min lässt sich eine gute Korrelation der Wende­ punkte der S­Wellengeschwindigkeit für beide Mischungen mit dem Erstarrungsbeginn finden.

Abschließend sind in Bild 5 die Ergebnisse der elasti­ schen Moduli und der statisch bestimmten Druckfestig­ keiten (z. B. für Beton in DIN EN 12390­3 und für Mör­ tel in DIN EN 196­1) über eine Versuchszeit von 100 Ta­ gen und der Wellengeschwindigkeit von 150 Stunden (ZeitDruckfestigkeit in d und ZeitGeschwindigkeit in h) gegen­ übergestellt. Vergleichende Ansätze wurden bereits von Haach et al. 2015 [2], Han et al. 2004 [3], Shariq et al. 2013 [16] und Trtnik et al. 2009 [17] untersucht. Die Berechnung sowie die Zusammenhänge der elastischen Materialpara­ meter sind z. B. in [5] ausführlich beschrieben. Bei Betrach­ tung der Kurvenverläufe des dynamischen E­Moduls und Schubmoduls mit den Druckfestigkeiten ist eine Korre­ lation zu vermuten. Somit könnte aus dem Verlauf der Wellengeschwindigkeiten und der anschließenden E­Mo­ duln­Bestimmung auf die langfristige Druckfestigkeit von individuellen Materialzusammensetzungen geschlossen werden (Bild 5).

Fazit Die Ergebnisse haben gezeigt, dass mithilfe der zerstörungs­ freien Prüfung die kontinuierlichen Entwicklungen unter­ schiedlicher Frischmörtelmischungen nachverfolgt und verschiedene Mischungen unterschieden werden können.

Die Einflüsse von bekannten Zusatzstoffen (Flugasche, Quarzmehl) und Zusatzmitteln (Mahlhilfsmittel TEA) auf die Zementhydratation konnten mittels Ultraschallaus­ breitungsgeschwindigkeit grafisch abgebildet werden. Un­ ter Verwendung einer mathematischen Ausgleichsfunktion

wurden charakteristische Punkte zur Beschreibung der Funktionsverläufe gefunden und diese miteinander vergli­ chen. Ein Vergleich mit konventionellen Verfahren zur Be­ stimmung der Erstarrungszeiten nach Vicat ist generell fragwürdig, da diese Methode nur eine begrenzte Aussage­ kraft hinsichtlich mechanischer und struktureller Eigen­ schaften des Hydratisierungsverlaufs von Zementstein lie­ fert. Erste Ansätze zur Prognostizierung der langfristigen Entwicklung der statischen Druckfestigkeit aus dem Ver­ lauf des Erstarrungs­ und Erhärtungsverhaltens sind gege­ ben und müssen weiter untersucht werden.

Literatur [1] ZTV­ING – Teil 5 „Tunnelbau“ (2007): Abschnitt 1 Ge­ schlossene Bauweise – Anhang A: „Richtlinie für die An­ wendung der zerstörungsfreien Prüfung von Tunnelinnen­ schalen“ (RI­ZFP­TU) für den Geschäftsbereich der Bundes­ fernstraßen.

[2] Haach; Juliani; Roz (2015): Ultrasonic evaluation of mecha­ nical properties of concretes produced with high early strength cement. Construction and Building Materials, Vol. 96, p. 1–10, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuild­ mat.2015.07.139 [3] Sang­Hun Han; Jin­Keun Kim: Effect of temperature and age on the relationship between dynamic and static elastic mod­ ulus of concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 34, Issue 7, 2004, p. 1219–1227.

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

[4] Harker; Temple (1988): Velocity and attenuation of ultra­ sound in suspensions of particles in fluids. Journal of Phy­ sics D: Applied Physics, Vol. 21, p. 1576.

[5] Heiduck (2009): Untersuchung des Erstarrungs- und Erhär­ tungsverhaltens von Mörtel mit Kompressions- und Scher­ wellen. Diplomarbeit (Thesis), Zerstörungsfreie Prüfung und Überwachungstechnik, MPA Universität Stuttgart, Stuttgart 2009.

[6] Hüttl (2000): Der Wirkungsmechanismus von Steinkohlen­ flugasche als Betonzusatzstoff. Dissertation (Thesis), Bau­ ingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften, TU Berlin 200.

[7] Kamada; Uchida; Rokugo (2005): Nondestructive Evalua­ tion of Setting and Hardening of Cement Paste Based on Ultrasonic Propagation Characteristics. Journal of Advan­ ced Concrete Technology, Vol. 3, p. 343–353, doi: 10.3151/ jact.3.343 [8] Krüger; Grosse; Lehmann (2013): Automated Shear-Wave Techniques to Investigate the Setting and Hardening of Concrete in Through-Transmission. Nondestructive Testing of Materials and Structures (Günes, O., Akkaya, Y. eds.), Springer Netherlands, Dordrecht. p. 431–436.

[9] Krüger, et al. (2011): Zuverlässige Qualitätssicherung von Frischbeton mit Ultraschall – das FreshCon-System. Ernst & Sohn Special „Messtechnik im Bauwesen“, p. 88–92.

[10] Locher (2000): Zement: Grundlagen der Herstellung und Verwendung, Verlag Bau und Technik, Düsseldorf, ISBN 3764004002 9783764004002.

[11] Müller (2012): Dynamische E-Modul Bestimmung mittels FreshCon im Vergleich zu Schwingungsanalyse und der statischen Bestimmung. Bachelor (Thesis), Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Technische Uni­ versität München 2012.

[12] Reinhardt; Grosse (2004): Continuous monitoring of set­ ting and hardening of mortar and concrete. Construction and Building Materials, Vol. 18, p. 145–154, doi: http:// dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2003.10.002 [13] RILEM Technical Committee (2011): Recommendation of RILEM TC 218-SFC: Sonic methods for quality control of fresh cementitious materials. Materials and Structures, Vol. 44, p. 1047–1062, doi: 10.1617/s11527-011-9734-9 [14] Robeyst (2010): Monitoring setting and microstructure deve­ lopment in fresh concrete with the ultrasonic through-trans­ mission method. PhD (Thesis), Department of Structural Engineering, Faculty of Engineering, Ghent University 2010.

[15] Schießl (1990): Wirkung von Steinkohleflugaschen in Be­ ton. Beton 40, Vol. 12, p. 519–523.

[16] Shariq; Prasad; Masood (2013): Studies in ultrasonic pulse velocity of concrete containing GGBFS. Construction and Building Materials, Vol. 40, p. 944–950, doi: 10.1016/ j.conbuildmat.2012.11.070 [17] Trtnik; Kavcˇicˇ; Turk (2009): Prediction of concrete strength using ultrasonic pulse velocity and artificial neu­ ral networks. Ultrasonics, Vol. 49, p. 53–60, doi: http:// dx.doi.org/10.1016/j.ultras.2008.05.001 [18] Ye (2003): Experimental Study and Numerical Simulation of the Development of the Microstructure and Perme­ ability of Cementitious Materials. PhD (Thesis), Applied Sciences, TU Delft 2003.

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Künstliche Intelligenz für die hoch präzise Deckungsmessung von Beton Eine hohe Messgenauigkeit in der zerstörungsfreien Material­ prüfung führt zu Produktivitätssteigerungen, was ein wichtiges Interesse von Bauingenieuren und Bauaufsichtsunternehmen gleichermaßen ist. Gerade beim Bohren, Kernbohren und Schneiden ist die präzise Ortung des Bewehrungsstahls in vorhandenen Strukturen von entscheidender Bedeutung. Sind beispielsweise neue Öffnungen erforderlich, darf die vorhandene Bewehrung nicht beschädigt werden, damit es zu keiner Schwächung der Struktur selbst kommt. Zudem müssen Bauaufsichtsbeauftragte routinemäßig die Bewehrung in neuen Strukturen orten und ihre Qualität oder Feuerbeständigkeit beurteilen sowie in großen Strukturelementen Korrosionsanalysen durchführen.

Das Schweizer Unternehmen Proceq, weltweit führender Anbieter im Bereich tragbarer Messlösungen für die zerstö­ rungsfreie Materialprüfung, hat im September 2016 die neuen bahnbrechenden Betondeckungsmessgeräte Profo­ meter 630/650 AI (Artificial Intelligence – Künstliche In­ telligenz) auf den Markt gebracht.

Die neue Artificial Intelligence-Funktion basiert auf einem selbstlernenden Algorithmus mit der Fähigkeit, die Betondeckung in 2-lagigen Bewehrungsstabanordnungen zu messen. Die Profometer AI Modelle zeichnen sich durch hoch präzise Deckungsmessungen in standardmäßigen or­ thogonalen 2-lagigen Bewehrungsstabanordnungen aus – mit einer Wahrscheinlichkeit von über 90 %, sodass die Deckungsmessungen der ersten Lage bis auf 2 mm genau sind.

Bild 3. Für die rauen Bedingungen im Bauwesen konzipiert: das Beton­deckungsmessgerät Profometer 630/650 AI (Fotos: Proceq)

Für das Bauwesen konzipiert Gleichzeitig präsentiert Proceq einen neuen, robusteren Profometer Scanwagen, der für die rauen Bedingungen im Bauwesen konzipiert wurde. Die Reifen aus Weichgummi bieten dank des großen Raddurchmessers reibungsloses und kontinuierliches Scannen, hohe Stabilität und präzise Positionierung selbst auf unregelmäßigen Oberflächen.

Messung von Bewehrungsstäben und Korrosionsanalyse ­zugleich

Bild 1. Präzise Ortung des Bewehrungsstahls mit dem Profometer 630/650 AI

Bild 2. Die Reifen aus Weich­ gummi des neuen, robusteren Pro­ fometer Scanwagen bieten dank des großen Raddurchmessers rei­ bungsloses und kontinuierliches Scannen, hohe Stabilität und prä­ zise Positionierung

Die Profometer 6 Modelle von Proceq wurden unter dem Gesichtspunkt der Flexibilität entwickelt. So kann der Be­ nutzer jederzeit ein Upgrade auf das Profometer Corrosion vornehmen. Dieses wurde konzipiert für die Ermittlung und Analyse von Korrosion in Strukturen und ermöglicht effiziente Überwachungs-, Instandhaltungs- und Repara­ turprogramme. Auf diese Weise steht den Benutzern eine optimiert Lösung für die Messung von Bewehrungsstäben und die Korrosionsanalyse zur Verfügung.

Selbstverständlich hält Proceq auch im Fall der neuen Profometer AI-Modelle sein Versprechen einer zukunfts­ sicheren Investition: Bestehende Profometer 630/650 Kun­ den können Upgrade Kits für die Profometer AI Modelle erwerben, um über die neuen Funktionen zu verfügen.

Weitere Informationen: Proceq Europe Ringstrasse 2 8603 Schwerzenbach/Schweiz Tel. +41 43 355 38-00 info-europe@proceq.com www.proceq.com

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Stephan Lechner, Jürgen Benitz-Wildenburg

Bestimmung relevanter Eigenschaften von Fenstern, Fassaden, Türen, Toren und Baustoffen Für das Bauen als menschliche Kulturleistung braucht es Wissenschaft, Forschung und Erfahrung. Das gilt besonders für Bauelemente wie Fenster, Türen, Tore und Fassaden. Diese gelten seit jeher als technisch und architektonisch anspruchsvolle Bauteile, die Gebäuden Gestalt, Charakter und Funktionalität verleihen. Damit Gebäude funktionieren, müssen viele kleine Einzelteile zusammenarbeiten.

Die Nutzung kalibrierter und normkonformer Prüf- und Messmittel, die Dokumentation der Messung sowie die In­ terpretation der Messergebnisse ist heute eine wichtige Dienstleistung für Planer, Architekten, Hersteller und an­ dere Bauexperten.

Für Fenster und Fassaden werden die baurechtlich re­ levanten Kenngrößen mit Verweis auf die entsprechenden Prüf- und Nachweisverfahren in den Produktnormen be­ schrieben. Die Produktnorm EN 14351-1 sieht für Fenster 23 Eigenschaften vor. Hinzu kommen bei Anforderungen an den Brand- und Rauchschutz nach EN 16034 sieben weitere Eigenschaften. Bei Fassaden sind es nach Produkt­ norm EN 13830 19 Eigenschaften (hier sind Brandverhal­ ten und Brandweiterleitung schon enthalten). Bei beiden zählt der Widerstand gegen Windlast sowie die Schlag­ regen- und Luftdichtheit zu den sogenannten wesentlichen (mandierten) Eigenschaften, die geprüft und nachgewiesen werden müssen, damit ein Produkt mit dem CE-Zeichen versehen und auf den Markt gebracht werden kann („in den Verkehr bringen“).

Prüfung am Beispiel von Luft-/Schlagregendichtheit und Widerstand gegen Wind

Bild 1. Erforderliche Prüfungen am Beispiel der Fassade des Lakhta Centre in St. Petersburg, links: Prüfung Widerstand gegen Windlast gemäß EN 12179 mit Messung der Durchbiegung von Glas und Profil, rechts: ­Prüfung Schlagregen- und Luftdichtheit gemäß EN 12155 bzw. 12153

Bild 2. Fensterprüfstand der ift MessTec für „Luft, Wind und Wasser“

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Die Prüfung der Fugendurchlässigkeit, Schlagregendicht­ heit und Widerstand gegen Wind als wesentliche Eigen­ schaften ist nicht nur normativ und gesetzlich gefordert, sondern auch ein Indikator für die Qualität eines Bauele­ ments. Bereits kleinere System- oder Verarbeitungsfehler führen zu Leckagen und damit zu einer reduzierten Luft­ dichtheit. Deshalb sind die Prüfung und nähere Betrach­ tung dieser Messgröße von Interesse.

Die Prüfung zur Bestimmung der Fugendurchlässig­ keit, Schlagregendichtheit und des Windlastverhaltens an Fenstern, Türen und Fassaden, Dichtungen, Paneelen und anderen Außenwandbauteilen in einem Prüfstand erfolgt gemäß EN-Normen über die Erzeugung eines statischen Unter- bzw. Überdrucks, der Winddruck bzw. Windsog si­ muliert. Gegenüber der in den USA üblichen Prüfung mit einem Flugzeugmotor sind die europäischen Prüfbedin­ gungen eines Prüfstandes wesentlich homogener, weniger störanfällig gegenüber Umgebungseinflüssen und liefern so bessere und reproduzierbare Werte. Ein Gebläse erzeugt in der dichten Prüfkammer die notwendige „Prüfluft“ mit ei­ nem Luftvolumenstrom von bis 5.000 m3/h. Damit lassen sich Druckunterschiede von 10.000 Pascal erzeugen, diese simulieren selbst bei ungünstigsten Gebäudegeometrien Windgeschwindigkeit von bis über 300 km/h.

Das drehzahlgeregelte Gebläse kann mittels Messroh­ ren direkt den nach Norm geforderten Luftmassenstrom in m3/h messen und ermöglicht einen geregelten Prüfdruck bis 5.000 Pa. Zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Volu­ menstroms wird der eingebaute Präzisions-Differenzdruck­ aufnehmer laufend justiert. Dadurch wird auch bei kleinen Messwerten die geforderte Genauigkeit erreicht. Zur Be­ stimmung der Verformung von Fenster- und Fassaden­ profilen sind Wegtaster mit ausreichender Genauigkeit ­notwendig. Der Wasserdruck für die obere und untere Be­ sprühleiste wird getrennt geregelt und der jeweilige Wasser­

Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Tabelle 1. Ergebnisse der vergleichenden Untersuchungen für ausgewählte Verglasungen mit Abmessungen 800 mm × 800 mm Beschreibung Verglasung

Ug-Wert (EN 673)

Ug-Wert mobil

4/16/4, Luft, ohne Beschichtung

2,7 (2,73)

2,92

4/16/4, 90 % Argon, Beschichtung: εn = 0,03

1,1 (1,12)

1,11

10VSG/16/10VSG, 90 % Argon, Beschichtung: εn = 0,03

1,1 (1,11)

2,24

4/10/4, 90 % Krypton, Beschichtung: εn = 0,03

1,0 (1,05)

1,04

4/16/4/16/4, 90 % Argon, 2× Beschichtung: εn = 0,03

0,6 (0,58)

0,55

durchfluss gemessen; für Fassaden sind dies 2 l/min und für Fenster/Türen 1 l/min. Alle Messwerte werden über eine Software gesammelt, visualisiert und automatisch ausge­ wertet. Dennoch muss auch eine freie Programmierung möglich sein, um spezielle Prüfabläufe zu ermöglichen. Die Integration einer Nebelmaschine ist sinnvoll, um Leckagen sichtbar zu machen.

Validierung neuer Messverfahren am Beispiel einer mobilen U-Wertmessung Heute ist für viele Messgrößen ein Nachweis über Berech­ nungen und Prüfverfahren möglich. Im ift Rosenheim wer­ den deshalb sowohl FI-Berechnungen von 3D-Modellen als auch Prüfungen durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass auch eine Validierung von Softwaremodellen oder neuen Messverfahren möglich ist, beispielsweise bei der Messung der Gaszusammensetzung von Dreifach-Isolier­ glas mittels Lasertechnik oder der Bestimmung des U-Wer­ tes von Isolierglas (Ug) mit mobilen Messgeräten.

Mehrscheiben-Isoliergläser (MIG) sind geregelte Bau­ produkte, bei dem die Leistungseigenschaften gemäß EN 1279-5 zu bestimmen sind. Die Ermittlung des Wärme­ durchgangskoeffizienten Ug ist durch eine Berechnung nach EN 673 oder eine Prüfung nach EN 674 möglich. Die Berechnung bzw. Prüfung erfolgt dabei für den Neuzu­ stand der Verglasung. Hierfür sind die Nenndicke der Glas­ scheiben, die Nennbreite der Scheibenzwischenräume, die Nenn-Gaskonzentration oder der endgültigen Gaskonzen­ tration sowie der Nennwert des Emissionsgrades der Be­ schichtung gemäß EN 12898 zu ermitteln.

Eine direkte Überprüfung des Ug-Wertes in der laufen­ den Produktion im Rahmen der werkseigenen Produk­ tionskontrolle (WPK) oder vor Ort ist problematisch, weil konstante und definierte Randbedingungen wie Tempera­ tur, Windgeschwindigkeit etc. nicht über einen längeren Messzeitraum gewährleistet werden können. Verglasungen im Bestand werden daher zur Überprüfung des Ug-Wertes ausgebaut und im Labor geprüft.

Deshalb wurden auch mobile Messgeräte entwickelt, mit dem vor Ort die Ug-Werte von Verglasungen zerstö­ rungsfrei überprüft werden können. Bei der Prüfung wird ein Wärmestrom durch die Verglasung generiert und mittels zweier Sensoreinheiten eine definierte Temperaturdifferenz über die Verglasungsoberflächen gemessen. Der zeitliche Verlauf der Oberflächentemperaturen auf der inneren und äußeren Verglasungsoberfläche wird aufgezeichnet, mit den berechneten Oberflächentemperaturen eines theoreti­ schen Modells abgeglichen und daraus der Wärmedurch­ gangskoeffizient Ug ermittelt.

Das ift Rosenheim wurde aufgrund seiner Erfahrung im Bereich Prüftechnik, Berechnungsverfahren und Nor­ mung mit vergleichenden Untersuchungen beauftragt, um die Leistungsfähigkeit des Messgerätes sicher beurteilen zu können. (Tabelle 1) Der Vergleich zeigte, dass bei einigen Verglasungsauf­ bauten die Prüfergebnisse im Rahmen der Messgenauigkeit vergleichbar sind. Aber bei Verglasungen mit Verbundsi­ cherheitsgläsern wurden z. T. deutliche Abweichungen fest­ gestellt. Aufgrund der Variantenvielfalt (Gasfüllungen, Gasgemisch, Anzahl Beschichtungen, Scheibenzwischen­ räume, Glasdicken/-arten) sind weitere Untersuchungen

Bild 3. Ermittlung der Ug-Werte durch Prüfung nach EN 674 (Plattengerät nach dem Zweiplattenverfahren) (Fotos 1–3: ift Rosenheim)

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Bild 4. Spezialprüfungen für die Sicherheitstore im neuen Gotthard-Tunnel (Fotos: ift/ Elkuch Bator AG)

erforderlich, um die Grenzen der Einsatzmöglichkeiten des Messgerätes verlässlich festlegen zu können. Dabei sind auch unterschiedliche Randbedingungen vor Ort, wie z. B. Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, Luftdruckver­ hältnisse, Einbaulage usw., die einen Einfluss auf das Prüf­ ergebnis haben könnten, zu untersuchen. Deshalb ist auch ein umfassendes fachliches Hintergrundwissen des An­ wenders unerlässlich, um das Prüfergebnis mit dem vom Hersteller deklarierten Ug-Wert vergleichen zu können.

Sonderprüfungen Gotthard Tunnel Der neue Gotthard-Tunnel in der Schweiz ist ein Bauwerk, das höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen muss. Ein Kernstück des Sicherheitskonzepts sind die riesigen Tore, die den Tunnel in Abschnitte einteilen, sowie die 350 Tü­ ren in den „Querschlägen“, die eine Evakuierung im Brandfall sicherstellen. Diese Türen müssen über 7 t Wind­ druck aushalten, der durch die Expresszüge entsteht, die mit bis zu 250 km/h im Tunnel aneinander vorbeirasen.

Zudem müssen die Türen einem 90-minütigen Brand wi­ derstehen und sollen sich im Ernstfall dennoch leicht öff­ nen lassen. Das ausgeklügelte Be- und Endlüftungskonzept im Tunnel kann nur funktionieren, wenn die Türen auch im Brandfall ausreichen luft- und rauchdicht sind. Deshalb musste die Rauchdichtheit bis zu einem Differenzdruck von ± 10.000 Pa ermittelt werden. Damit diese Anforde­ rungen sicher eingehalten werden, hat der Bauherr (Alp­ Transit Gotthard AG) die Türen im ift Rosenheim auf Herz und Nieren prüfen lassen, weil die Ingenieure und Wissen­ schaftler in der Lage sind, auch für ungewöhnliche Ein­ satzzwecke geeignete Prüfverfahren zur Bewertung der technischen Eigenschaften und Belastbarkeit zu entwi­ ckeln.

Die Dauerlastprüfung mit insgesamt 500.000 Druckund Sogstößen bei einer Zykluszeit von 2 sec simulierte die extremen Druckstöße von realen Zugbegegnungen im Gotthard-Tunnel. Während der Prüfung konnten die enor­ men Belastungen gut beobachtet werden. Die 110 mm di­

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cken Türflügel aus Stahl bogen sich zwar sichtbar durch, waren aber auch nach der 14-tägigen Dauerlastprüfung ausreichend dicht und ließen sich mit dem geforderten Kraftaufwand von max. 10 kg öffnen. Auch die 8,5 m brei­ ten und 4 m hohen Tunneltore mussten besondere Anfor­ derungen erfüllen, denn diese unterteilen den Tunnel in mehrere Brandabschnitte. Deshalb durften Sie trotz eines hohen Luftdrucks nur eine minimale Leckrate für den Luftdurchgang aufweisen, um den Durchtritt von Rauch zu verhindern.

ift-MessTec GmbH Prüfen und Messen sind die Basis für Produktentwicklungen sowie Qualitätsverbesserungen und somit auch unerlässlich für die werkseigene Produktionskontrolle (WPK). Deshalb müssen wichtige Kenngrößen regelmäßig geprüft und gemessen werden, um die Qualität nachhaltig zu garantieren. Das ift Rosenheim hat in 50 Jahren Prüftätigkeit eine Vielzahl von Prüfverfahren und Prüfeinrichtungen entwickelt und kann deshalb Unternehmen und Prüflaboren eine Vielzahl bewährter Mess- und Prüfeinrichtungen anbieten. Der Service reicht bis zum Engineering und der Planung kompletter Labore und Prüfzentren sowie der Schulung für normgerechte Prüfungen inklusive Auswertung der Prüfergebnisse. Die Mitarbeit in nationalen und internationalen Normungsgremien bietet die Sicherheit, dass alle Prüfverfahren, Prüfeinrichtungen und Auswertungen immer den aktuellen Normen entsprechen. Für wichtige Kenngrößen ist das ift Kalibrierlabor nach EN ISO 17025 akkreditiert, von der Deutschen Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) überwacht und autorisiert, auch Prüfgeräte akkreditierter Prüfinstitute zu kalibrieren.

Weitere Informationen: ift Rosenheim Theodor-Gietl-Straße 7–9, 83026 Rosenheim Tel. (08031)261-0, Fax (08031) 261-290 info@ift-rosenheim.de, www.ift-rosenheim.de

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The online collection of conference papers in civil engineering Die neue Fachzeitschrift ist eine Onlineveröffentlichung sämtlicher Beiträge ausgewählter Fachtagungen über das gesamte Gebiet des Bauingenieurwesens. Vorwiegend in englischer aber auch in deutscher Sprache werden sämtliche Inhalte über die Wiley Online Library verbreitet. alle Tagungsbeiträge einer Veranstaltung in einer Ausgabe dauerhaftes Online Archiv einfach durchsuchbar zitierfähig über DOI auf Anfrage auch in print verfügbar

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Hrsg.: Ernst & Sohn ce/papers The online collection of conference papers in civil engineering 1. Jahrgang 2017. mind. 6 Ausgaben im Jahr ISSN Online: 2509-7075

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Betondeckungsprotokolle automatisiert erstellen und visualisieren So aufwendig die Erstellung von Betondeckungsprotokollen ist, so hoch ist auch ihre Relevanz für Bauwerksdiagnosen und Aussagen zum Brandschutz von stahlbewehrten Betonbauteilen.

Deshalb wurde aus der Praxis heraus eine webbasierte Software entwickelt, die diesen Arbeitsschritt erheblich vereinfacht und beschleunigt. Quicksoft24 ist das ideale Tool für Bauingenieure, Planer und weitere Dienstleister aus dem Bereich des zerstörungsfreien Prüfens, welches es ermöglicht, Betondeckungs­ protokolle innerhalb kürzester Zeit zu generieren und grafisch aufzubereiten.

Quicksoft24 wertet die Scan-Daten der Geräte Hilti Fer­ roscan PS 200 und PS 250 aus und bildet diese sowohl tabellarisch als auch in einer Übersichtsgrafik ab. Damit knüpft Quicksoft24 nahtlos an die Messung selbst an.

Je nach Objektgröße kann die Anzahl der Daten aus der Betondeckungsmessung enorm sein; ebenso umfang­ reich sind die zugehörigen Protokolle. Mit der neuen Soft­ ware kann der Nutzer selbst komplexeste Datenmengen innerhalb kurzer Zeit bündeln und kritische Stellen aufzei­ gen.

Dies bedeutet nicht nur für den Berichtersteller eine enorme Zeitersparnis, sondern auch für den Auftraggeber, der dank der Übersichtsgrafik den Objektzustand auf ei­ nen Blick erfassen kann. In der Grafik werden die Berei­ che, die die geforderte Mindestbetondeckung unterschrei­ ten, durch farbliche Markierungen gekennzeichnet und können anhand der Wertetabelle genauer geprüft werden.

Bauteilspezifische Auswertung Für jedes Bauteil gelten andere Anforderungen – ob Tunnel, Decke oder Bodenplatte. Für eine hoch individualisierte Auswertung bietet Quicksoft24 dem Nutzer vielzählige Op­ tionen zur Konfiguration der Protokoll- und Statistikeinstel­ lungen. So kann er beispielsweise Kenngrößen wie Schwel­ lenwerte selbst festlegen – je nachdem, wie es für die Bewer­ tung des Bauteils erforderlich ist. Außerdem kann der Nutzer neben dem quantitativen auch den qualitativen Nachweis ausgeben und somit präzise Aussagen über die Betonde­ ckung treffen. Der Auswertung liegen die Festlegungen des DBV-Merkblatts „Betondeckung und Bewehrung“ zugrunde.

Bild 1. Quicksoft24 wertet die Scan-Daten aus und bildet diese sowohl tabellarisch als auch in einer Übersichtsgrafik ab

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Briefpapier zu versehen. Auf diese Weise erhält der Nutzer einen kompletten Bericht nach seinen Anforderungen in seinem Firmendesign, ohne dass ein Zusammenführen ver­ schiedener Dateiformate nötig ist. Das Ergebnis ist ein fer­ tiges Protokoll als PDF-Dokument, das alle relevanten Erkenntnisse zur Betondeckung des geprüften Bauteils umfasst.

Projekte einfach verwaltet

Bild 2. Quicksoft24 ermöglicht eine standort- und zeitunabhängige Nut­ zung – das ist nicht nur für die Generierung des Betondeckungsprotokolls komfortabel, sondern auch für die Verwaltung der Projekte (Grafiken: Be­ wehrungsnachweis & Analyse Carsten Lohse)

Komfortable Berichterstellung Die wichtigsten Vorgaben für die Datenauswertung wer­ den in einer Einleitung ausgeführt, die der Protokollerstel­ ler dem Bericht direkt beifügen kann. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Dokument mit dem firmeneigenen

Als webbasierte Software ermöglicht Quicksoft24 eine standort- und zeitunabhängige Nutzung. Das ist nicht nur für die Generierung des Betondeckungsprotokolls komfor­ tabel, sondern auch für die Verwaltung der Projekte. Der Anwender kann zu jeder Zeit und von jedem Ort auf seine Aufträge zugreifen und behält dank verschiedener Dash­ board-Funktionen die Arbeitsstände im Blick. Zudem sieht er in der Projektübersicht genau, welche Projekte für wel­ chen Auftraggeber bereits durchgeführt wurden und kann seine Protokolle sowie die zugehörigen Daten gut sortiert speichern.

Weitere Informationen: info@quicksoft24.de, www.quicksoft24.de

SENSOR+TEST 2017 Die SENSOR+TEST vom 30. 5. bis 1. 6. 2017 im Messezen­ trum Nürnberg ist das weltweit führende Forum für Senso­ rik, Mess- und Prüftechnik. 2016 präsentierten 586 Aus­ steller aus 32 Nationen eindrucksvoll das gesamte Spek­ trum der messtechnischen Systemkompetenz vom Sensor bis zur Auswertung. Die parallel zur Messe stattfindenden AMA Kongresse SENSOR 2017 und IRS² 2017 werden die Veranstaltung mit wissenschaftlichen Grundlagen und Ausblicken in die Zukunft der Branche bereichern. Inter­ nationale Experten, Entwickler und Entscheider aus allen Branchen, in denen technisch gemessen, geprüft, getestet oder überwacht wird, nutzen die SENSOR+TEST als „Werkzeugkasten“, der sie mit aktuellem Know-How ver­ sorgt, um Investitionen vorzubereiten oder zu tätigen.

Das Ausstellungsspektrum umfasst: –– Sensorelemente, Sensoren, Sensorsysteme und sensori­ sche Messgeräte, Dienstleistungen, Forschung und Ent­ wicklung für Sensortechnologien

–– messtechnische Systeme, Geräte, Komponenten und Software –– Mess- und Prüftechnik für Fahr-/Flugzeugtechnik, Ma­ terial- und Qualitätsprüfung, kundenspezifische Messund Prüfsysteme –– Labormesstechnik, Kalibrier-, Analyse- und Prüfgeräte –– Kalibriersysteme und -dienstleistungen für die Messund Prüftechnik.

Weitere Informationen: AMA Service GmbH Von-Münchhausen-Straße 49 31515 Wunstorf Tel. (05033) 96 39-0 Fax (05033) 10 56 info@ama-service.com www.sensor-test.de

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Mobiles Rheometer für Frischbeton – Anforderungen an die Betone Die jährlich wachsenden Anforderungen an die Betone sind eng verbunden mit der Entwicklung der Selbstverdichtenden Betone (SVB). Diese rücken neben den Rüttelbetonen zunehmend in den Fokus. Mit der Entwicklung von hochleistungsfähigen Zusatzmitteln können die SVBs sehr genau an die wachsenden Anforderungen angepasst werden. Damit verbunden ist eine hohe Empfindlichkeit der SVB gegenüber Schwankungen in der Qualität der Ausgangsstoffe. Das Einstellfenster dieser SVB ist sehr ­schmal und die Handhabung kompliziert und schwierig. Die ­Robustheit der SVB ist im Vergleich zu üblichen Rüttelbetonen deutlich geringer, was dazu führt, dass die Akzeptanz in der ­Praxis eher verhalten ist [1, 2].

Problematik der rheologischen Messung

Je nach Anforderungen sind Frischbetone sehr unter­ schiedlich und sollten vor dem Einbau immer geprüft wer­ den. Für die Frischbetonprüfung haben sich in Deutsch­ land Prüfungen nach DIN EN 12350 durchgesetzt [3]. In den meisten Fällen sind diese ausreichend, um einen „nor­ malen“ Beton klassifizieren zu können. Für eine Charak­ terisierung von SVB-Frischbetonen reichen diese Prüfun­ gen in den meisten Fällen nicht aus.

Um die rheologischen Eigenschaften der Frischbetone be­ stimmen zu können, gibt es einige wenige, oft sehr akade­ misch geprägte Messsysteme. Klassische Rotationsrheome­ ter aus dem Laborbereich messen die laminare Schichten­ strömung des zu untersuchenden Fluids. Eine laminare Schichtenströmung ist jedoch im Beton aufgrund der ho­ hen Inhomogenität nicht gegeben. Ein weiteres Problem dieser Rheometer ist das Auftreten eines Gleitfilms an der Grenzfläche zwischen der Probe und der Oberfläche des Gefäßes und des Rührkörpers, weshalb meist eine zu ge­ ringe Schubspannung gemessen wird. Die permanente und oft zu starke Scherung durch die Rheometer zerstört zu­ dem während der fortlaufenden Zementhydratation aufge­ baute Strukturen. Dadurch werden das Ansteif- und das Erstarrungsverhalten der Mischungen stark beeinflusst.

Das Hauptproblem liegt jedoch in der Veränderung der Fließeigenschaften, der Partikelmigration und der damit verbundenen Entmischung des Materials während der Messung.

Rheologische Untersuchungen

Betonrheometer eBT-V

Die Frischbetoneigenschaften der SVB werden stark durch die interpartikulären Wechselwirkungen geprägt, welche die rheologischen Eigenschaften der Leimsuspensionen bestimmen. Zusatzmittel können in die interpartikulären Wechselwirkungen eingreifen und somit die Fließeigen­ schaften des Mörtels und des Frischbetons stark beeinflus­ sen [4, 5]. Dies hat zur Folge, dass bereits geringe Schwan­ kungen im Wassergehalt zu massiven Veränderungen des Frischbetons führen können, welche sich in der veränder­ ten Fließfähigkeit, einem anderem Entlüftungsverhalten und vor allem in der zumeist abnehmenden Mischungssta­ bilität wiederspiegeln. Deshalb bedarf es neuer Methoden, um die Rheologie der Frischbetone zu messen.

Die neueste Entwicklung der Fa. Schleibinger kombiniert zwei Betonrheometersysteme in einem. Das Gerät kann in zwei Modi, dem P- und dem V-Modus, betrieben werden.

Bild 1. eBT-V in P-Modus (links) und in V-Modus (rechts)

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P-Modus – Messung der Krafteinwirkung auf eine starre Sonde Im P-Modus können Aussagen über die Frischbetoneigen­ schaften innerhalb einer Umdrehung im nichtgescherten Beton getroffen werden. Die Messsonde wird an das Rheo­ meter angebracht und rotiert um die Zentrierstange (Bild 1, links). Im Bild 2 ist beispielhaft ein Geschwindig­ keitsprofil für eine Drehung um 360° gezeigt. Die Wider­ standskraft auf die Sonde wird aufgenommen und in Ab­

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Bild 2. eBT-V in P-Modus – mögliches Messprofil für eine Drehung um 360°

hängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit und dem Ab­ stand zur Zentrierstange ausgewertet.

Zu jedem Zeitpunkt erfolgt die Messung im nicht-ge­ scherten Bereich, da für die Aufnahme der Daten nur eine einzige Umdrehung notwendig ist. Dies führt dazu, dass mögliche Probleme wie Entmischen und Strukturbruch während der Messung stark minimiert werden. Die Mess­ dauer beträgt dabei weniger als eine Minute.

V-Modus – Verwendung der Vane-Geometrie als eine ­Näherung an die klassische Zylindergeometrie Im V-Modus wird der eBT-V wie ein üblicher Betonrheo­ meter betrieben Durch die Verwendung der Vane-Mess­ zelle wird aufgrund der Sternanordnung der Flügel das

Hrsg.: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e. V. / Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften e. V. Empfehlung Oberflächennahe Geothermie – Planung, Bau, Betrieb und Überwachung – EA Geothermie 2014. 300 S. € 99,– ISBN: 978-3-433-02967-1 erhältlich Auch als

Wandgleiten am Rührkörper nahezu unterbunden. Auch das Wandgleiten an der Gefäßoberfläche wird durch Ein­ satz eines hierfür entwickelten Gerätehalters mit Antislip­ stangen verhindert.

Der eBT-V wird auf der Gerätehalterung fixiert und Vane-Messzelle an der Antriebswelle befestigt (Bild 1, rechts). Der Messtopf wird mit der Probe befüllt und die Gerätehalterung mit dem darauf montierten Gerät in den Messtopf gesetzt. Durch den eingebauten regelbaren An­ trieb sind verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen möglich. Neben konstanten Profilen sind Stufen- und Ram­ penprofiele programmierbar (Bild 3).

Eine einfache drahtlose Steuerung mittels Smart­ phone sorgt für eine schnelle und einfache Bedienung des

Empfehlung Oberflächennahe Geothermie – Planung, Bau, Betrieb und Überwachung – EA Geothermie Die Empfehlungen fassen den Stand der Technik zusammen.

Das Ziel ist die fachgerechte Erschließung des Untergrunds für geothermische Zwecke sowie die Vermeidung von Schäden für den Boden und das Grundwasser einerseits und für den Betrieb der Anlage sowie der Bebauung andererseits.

Die Empfehlungen sollen als Arbeitshilfe die optimale und nachhaltige geothermische Nutzung des Untergrunds am konkreten Standort in Beratung, Planung, Bauausführung und Betrieb begleiten. Die Fach- und Genehmigungsbehörden erhalten die Möglichkeit, sich bei ihren Entscheidungen und Vorgaben an den Empfehlungen zu orientieren.

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Bild 3. Beispiel Stufenprofil (links), Rampenprofil (Mitte) und die Auswertung der Messung des Stufenprofils nach Bingham-Modell (rechts) (Darstellung am Smartphone)

Bild 4. eBT-V in P-Modus

Bild 5. eBT-V in V-Modus (Fotos/Grafiken: Schleibinger ­Geräte Teubert u. Greim GmbH)

Gerätes in beiden Modi. Das Gerät ist batteriebetrieben, spritzwassergeschützt und wurde sowohl für den Einsatz im Labor als auch auf der Baustelle entwickelt.

Das Gerät ist besonders geeignet für moderne Betone wie SVB und UHPC bis zu einer maximalen Korngröße von 32 mm. Zudem bietet das Gerät einen nicht zu ver­ nachlässigbaren praktischen Vorteil: Die Vane-Zelle und das Probengefäß sind einfach zu reinigen.

Fazit Die wachsenden Anforderungen an das Material gehen mit wachsenden Anforderungen an die Messtechnik ein­ her. Insbesondere im Bereich der Betonherstellung und der rheologischen Messungen gibt es bis dato eher unge­ nügende Messmöglichkeiten. Die Fa. Schleibinger Geräte hat ein mobiles Rheometer entwickelt, welches die Rheo­ logie der Betone und insbesondere der Selbstverdichten­ den Betone erfasst und somit neue Möglichkeiten im Be­ reich der Betonentwicklung und der Qualitätssicherung bietet.

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Literatur [1] Wallevik, O. H.; Kubens, S.; Müller, F.: Influence of Ce­ ment-Admixture interaction on the Stability of Production Properties of SCC. In: 5th International RILEM Sympo­ sium on Self-Compacting Concrete, Gent/Belgien 2007.

[2] Walraven, J. C.; Takada, K.: Selbstverdichtender Beton.

Zement+Beton, H. 1, 1999, S. 23–27.

[3] DIN EN 12350: Prüfung von Frischbeton.

[4] Yang, M.; Neubauer, C. M.; Jennings, H. M.: Interparticle potential and sedimentation behavior of cement suspensi­ ons. Adv. Cem. Based Mater. 5 (1), 1997, S. 1–7.

[5] Hanehara, S.; Yamanda, K.: Interaction between cement and chemical admixture from the point of cement hydra­ tion, absorption behavior of admixture and paste rheology.

Cem. Concr. Res. 29, 1999, S. 1159–1165.

Weitere Informationen: Schleibinger Geräte Teubert u. Greim GmbH Gewerbestraße 4, 84428 Buchbach Tel. (08086) 947 31-10, Fax (08086) 947 31-14 info@schleibinger.com, www.schleibinger.com

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Schnelle hochauflösende Tiefenscans an Stahlbeton und faser­ verstärktem Beton Strukturelle Defekte sind ernst zu nehmende Schäden an Bauwerken. Ultraschallprüfungen liefern wertvolle Informationen zur Qualität, Homogenität sowie der Wanddicke von Betonstrukturen.

Zusätzlich lassen sich Objekte und Defekte lokalisieren, die sich mit anderen Technologien schwer oder gar nicht erkennen lassen. Die bildgebende Ultraschall-Impuls-Echo-Technologie (UPE) eignet sich dabei bestens zur Untersuchung von Betonelementen, Tunnelauskleidungen sowie Rohren und Spannkabel-Hüllrohren hinter Bewehrungsstäben.

Die bisher auf dem Markt verfügbaren UPE-Messgeräte wa­ ren entweder komplex in der Anwendung oder bedurften vieler einzelner Messungen, wenn große Flächen gescannt werden mussten. Der neue Pundit 250 Array Bildscanner von Proceq leitet eine neue Ära in der Ultraschall-Mehr­ kanal-Prüfung ein. Mit acht Kanälen, von denen jeder mit drei Schallkopfelementen ausgestattet ist, ist das portable Messgerät erheblich schneller und besitzt eine deutlich bes­ sere laterale und Tiefenauflösung als jedes andere derzeit auf dem Markt erhältliche Gerät.

Scan von meterbreiten Wänden in weniger als 60 Sekunden Einer der vielen Vorteile, die das Pundit 250 Array dem Benutzer bietet, ist das Scannen mit hochauflösender Echt­ zeit-Anzeige. Sobald der Prüfkopf gegen die Betonoberflä­ che gehalten wird (s. Bild 1), ist ein farbkodiertes Bild der inneren Struktur zu sehen. Hierauf lassen sich u. a. Fehlstel­ len, Rohre und Bewehrungseisen ohne Problem erkennen.

Messparameter lassen sich zur Bildoptimierung in Echtzeit adjustieren. Dies ermöglicht eine hocheffiziente Überprü­ fung einzelner Stellen, Merkmale oder Objekte wie z. B. Pfeiler und Brüstungen von Brücken und Parkhäusern.

Die robuste Touchscreen-Anzeigeeinheit mit Dual Core-Prozessor sorgt hierbei mit einer Bildrate von fünf

Bild 1. Das Pundit 250 Array von Proceq – hier mit Einzelgriff als Standard – leitet eine neue Ära in der Ultraschall-Mehrkanal-ImpulsEcho-Prüfung ein

Bildern pro Sekunde und patentierter Bildstabilisierung für hochwertige Bilder. Cursors erlauben die genaue Ver­ messung der Position und Tiefe eines Objektes.

Zudem bietet das Messgerät den praktischen Pano­ rama-Modus. Hierbei werden Scans mit Unterstützung der synthetischen Apertur-Fokussierungstechnik (SAFT) auto­ matisch zu einem einzigen Gesamtbild zusammengefügt, sodass eine gescannte Wand als Ganzes angezeigt werden kann (s. Bild 2). Dank des handlichen Prüfkopfes, der pa­ tentierten Echtzeitstabiliserung und des hochleistungsstar­ ken Prozessors kann somit der Anwender in Echtzeit die Objektaufnahme verfolgen und innerhalb von Sekunden den vollen Überblick über das untersuchte Objekt gewin­ nen. Alle Analysen sind direkt vor Ort möglich. Unklare Messresultate können so bereits im Feld erkannt und noch­ mals überprüft werden.

Zerstörungsfreies und sauberes Messen, genau platziert und metertief Der Pundit Array Prüfkopf kommt dank der Trockenkon­ takt-Technologie komplett ohne lästiges Ultraschallkoppel­ mittel aus. Dennoch passen sich die 24 Einzelschwinger unabhängig und flexibel der Betonoberfläche an und sind dabei noch hochrobust. Je nach Betonqualität sind meter­ tiefe Messungen möglich, was andere Messverfahren wie Radar und Wirbelstrom nicht erreichen können. Somit wer­ den sowohl in oberflächennahen als auch in oberflächenfer­ nen Lagen Probleme erkannt oder ausgeschlossen, die an­ sonsten nicht zerstörungsfrei untersucht werden könnten.

Der integrierte Laser dient bei der Positionierung des Prüfkopfs also optische Orientierungshilfe und unterstützt die korrekte Positionierung während der Messungen, ohne zusätzlicher Farbmarkierungen auf der Bauwerksoberflä­ che zu bedürfen.

Bild 2. Messung eines Testobjektes

Ernst & Sohn Special 2017 · Messtechnik im Bauwesen

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Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen

Eine vielseitige und erweiterbare Lösung

stellenumgebungen eingesetzt werden. Das austauschbare Batteriefach des Pundit 250 Die leichte und kompakte Bauform des Array mit wiederaufladbaren StandardPundit 250 Array ermöglicht eine zuvor Batterien ermöglicht ein stundenlanges un­ unerreichte Zugänglichkeit und Schnellig­ terbrechungsfreies Messen und schnelles keit beim Scannen.

Aufladen des Array-Prüfkopfes. Batteriezu­ Beim Design des Pundit 250 Array kauf und -ersatz sind überall auf der Welt standen Flexibilität und Modularität im problemlos möglich.

Vordergrund. So lässt sich das Messgerät Die mitgelieferte PC-Software unter­ auf 16 Kanäle erweitern und mit verschie­ stützt nicht nur den Export der Rohdaten, denen Griffoptionen erweitern. Der Einzel­ sondern auch eine effiziente Berichterstel­ griff mit Auslöseknöpfen ist optimal ausge­ lung. Somit haben die Benutzer maximale legt für beengte Platzverhältnisse sowie Flexibilität bei der Datenverarbeitung und Einhandbetrieb beispielsweise auf Leitern, Bild 3. Das Pundit 250 Array von -analyse, ohne auf ein proprietäres System wenn die zweite Hand nicht immer am Proceq mit Doppelgriff für längere angewiesen zu sein. ­Array liegen kann. Für längere Messreihen Messreihen (Fotos: Proceq) Das neue Pundit 250 Array ist für sowie bei der Kopplung von zwei Prüfköp­ künftige Funktionserweiterungen vorberei­ fen bietet der optionale Doppelgriff mehr Komfort tet, Kunden sichern sich somit die Option, das Messsystem (s. Bild 3). Darüber hinaus können sogar Proceqs Ultra­ in Zukunft auszubauen. Wie gewohnt bietet Proceq welt­ schall-Transmissionsschallköpfe mit der Anzeigeeinheit weiten Support und Service auch für dieses neue Produkt. verwendet werden, sodass Anwendern die gesamte Palette an Ultraschallanwendungen zur Verfügung stehen.

Weitere Informationen: Proceq Europe Durchdachte Details und zusätzliche Optionen für Experten Ringstrasse 2, CH-8603 Schwerzenbach/Schweiz zur vollumfänglichen Dokumentierung Tel. +41 43 355 38 00 info-europe@proceq.com Mit Gorilla®-Glas, Sonnenblendschutz und Tragegurt aus­ www.proceq.com/de/produkt/pundit-250-array-ultra­ gestattet, kann das Messgerät selbst in den rauesten Bau­ schall-bildscanner

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