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Die Erfindung betrifft eine Versuchsanordnung zur Ermittlung der für die Funktionsfähigkeit eines in einer Fuge eines Bauwerkes eingebauten Kompressionsdichtprofils maximal aufnehmbaren Zugkraft, wobei ein Kompressionsdichtprofil im Bestand durch eine Beanspruchung mit dieser Zugkraft dahingehend untersucht werden kann, ob die aktuell im Einbauzustand vorhandene Rückstellkraft des Kompressionsdichtprofils in der Fuge für die Funktionsfähigkeit dieses Kompressionsdichtprofils ausreichend ist.
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Zahlreiche technische Objekte weisen zwischen benachbarten Bauteilsegmenten freie Bauräume in Ausgestaltung einer Fuge auf, um Herstellungstoleranzen, temperaturbedingte maßliche Veränderungen und ähnliche Effekte ausgleichen zu können. Für die Funktion des jeweiligen technischen Objektes ist es oftmals notwendig, dass diese Fugen mit Dichtungen verschlossen werden. Ein diesbezüglich typisches Anwendungsgebiet sind Betonbauwerke wie beispielsweise Tunnel, Brücken, Klärbecken und dergleichen. Sowohl für deren Funktion (z.B. Abdichtung gegen drückendes Wasser) als auch zur Vermeidung von Umweltschäden (z.B. Austritt von Fäkalien in Grundwasser) werden die Fugen mit Kompressionsdichtprofilen verschlossen. Die Funktionssicherheit des gesamten technischen Objektes ist somit auch wesentlich von der Qualität und dem Wartungszustand derartiger Kompressionsdichtprofile abhängig, die zwangsläufig in bestimmten Zeitabständen überprüft werden müssen.
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Aus
DE 196 42 136 A1 ist ein diesbezügliches Verfahren zum Überwachen der Dichtigkeit von Fugen an Betonbauwerken bekannt. Dabei wird eine Fuge an der Bauwerksaußenfläche mit mindestens einem Dichtmaterial ausgefüllt und unterhalb vom Dichtmaterial wird entgegengesetzt zur Bauwerksaußenfläche ein perforiertes Röhrchen mit einer von außen zugänglichen Messkammer angeordnet. Für Prüfzwecke wird in das Röhrchen ein Prüfgas eingeleitet, das durch die Perforation auf das Dichtmaterial strömen kann. Sofern dieses Dichtmaterial nicht mehr ausreichend funktionsfähig ist, strömt zumindest eine Teilmenge des Prüfgases durch das Dichtmaterial nach außen in die Messkammer. Dies ist ein Indiz für eine mangelhafte Dichtfunktion.
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Eine ähnliche technische Lösung wird in
DE 101 54 747 A1 beschrieben. Hierbei erfolgt eine Dichtheitsprüfung für Rohre und Schachtbauwerke, indem in einem Dichtring eine ringförmige Prüfkammer vorgesehen ist, die über Bohrungen mit dem Dichtspalt verbunden ist und mit einem Druckmedium beaufschlagt wird. Sofern beim aufgebauten Druck eine Abweichung von einem vorab ermittelten Solldruck festgestellt wird, ist dies ein Indiz für eine mangelhafte Dichtwirkung.
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Mit den oben genannten Varianten ist ohne eine Demontage des Dichtmaterials eine Aussage zur Notwendigkeit einer Sanierung der Fugenabdichtung möglich, so dass ein unnötiger Austausch des Dichtmaterials vermieden werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den Varianten, bei denen ein Austausch des Dichtmaterials nach einem vorab definierten Zeitraum durchgeführt wird. Nachteilig ist jedoch, dass bei der Herstellung eine zusätzliche Prüfkammer im Dichtmaterial ausgestaltet oder bei der Erstmontage des Dichtmaterials ein Prüfröhrchen als zusätzliches Bauteil eingebaut werden muss. Somit kann der Konturverlauf der eigentlichen Dichtung beeinträchtigt werden und der Zustand von Prüfkammer oder Prüfröhrchen (intakt / zusammengedrückt / verstopft usw.) ist zum späteren Zeitpunkt der Prüfung nicht eindeutig von der Bauwerksaußenfläche ersichtlich. Außerdem sind derartige Prüfungen bei vielen Einsatzfällen direkt vor Ort schwierig, sofern sich das Betonbauwerk z.B. an topografisch schlecht zugänglichen Geländeabschnitten befindet oder sofern der zu prüfende Abschnitt teilweise von Wasser umspült ist.
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Für solche Einsatzfälle ist es deshalb zweckmäßig, dass zunächst spezifische Eigenschaften des jeweiligen Kompressionsdichtprofils unabhängig vom Einsatzort untersucht werden und die hierbei ermittelten Parameter nachfolgend bei einer Untersuchung im Bestand - also an einem konkreten Betonbauwerk - zur Bewertung der Funktionsfähigkeit verwendet werden.
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Eine diesbezüglich interessante Variante gemäß
DE 10 2013 110 928 B4 betrifft eine Versuchsanordnung zur Prüfung von Dichtungen für Schacht- oder Tunnelbauten. Dabei werden die zu prüfenden Dichtungen in einem Betonprüfkörper verankert und durch einen Zugkraftversuch wird analysiert, bei welcher Zugkraftbelastung die Dichtungen aus der Verankerung gerissen werden. Dieser empirisch ermittelte Zugkraftwert kann als Grundlage für Untersuchungen im Bestand verwendet werden. Sofern dabei das zu untersuchende Kompressionsdichtprofil mit einem geringfügig kleineren Wert beaufschlagt wird als die vorab ermittelte Losreißkraft und hierdurch nicht signifikant verlagert oder gar vollständig aus der Fuge gerissen wird, kann davon ausgegangen werden, dass die aktuell im Einbauzustand vorhandene Rückstellkraft des Kompressionsdichtprofils in der Fuge für die weitere Funktion ausreichend ist.
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Diese Versuchsanordnung umfasst unterschiedliche Platten mit Ausnehmungen, in die entsprechend ausgestaltete Plattenelemente lösbar eingelegt werden, so dass verschiedene Nutformen nachgebildet werden können. Somit sind zahlreiche Baugruppen notwendig, um eine Prüfung von geometrisch unterschiedlichen Kompressionsdichtprofilen durchführen zu können. Folglich ist die Handhabung zwar etwas umständlich, dies ist jedoch zumindest für Laboruntersuchungen kein wesentlicher Nachteil. Problematisch ist hingegen, dass diese Versuchsanordnung nur für Kompressionsdichtprofile mit einem Verankerungsfuß geeignet ist. Ferner müssen die Kompressionsdichtprofile fest in die Anordnung eingegossen werden, um weitgehend einsatztypische Erfordernisse nachzubilden. Dies führt dazu, dass für jeden Versuch ein neues Kompressionsdichtprofil benötigt wird, das nach dem Versuch nicht mehr verwendbar ist. Somit ist diese Variante neben ihrer begrenzten Einsatzmöglichkeit für wenige geometrische Profilkonturen auch unter Kosten- und Umweltaspekten fragwürdig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine für geometrisch verschiedenartig ausgestaltete Kompressionsdichtprofile geeignete Versuchsanordnung zu schaffen, mit der unabhängig vom Einsatzort, jedoch unter weitgehend praxisrelevanten Bedingungen ermittelt wird, welche Zugkraft ein in der Raumfuge eingebautes Kompressionsdichtprofil maximal aufnehmen kann, ohne dessen Dichtfunktion zu beeinträchtigen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Anordnung zwei Betonfertigteile, mehrere Abstandshalter, eine Spannvorrichtung und eine Baueinheit zum Aufbringen einer Zugkraft umfasst. Dabei sind die Betonfertigteile mit den Abstandshaltern und der Spannvorrichtung parallel und mit Abstand derart zueinander anordenbar, dass ein zwischen den Betonfertigteilen verbleibender Abstand funktionell eine Simulationsfugenbreite darstellt. In diese ist ein Dichtprofil mit einem zur Simulationsfugenbreite korrespondierenden Profildurchmesser einstemmbar, das nachfolgend mittels der Baueinheit zum Aufbringen einer Zugkraft solange mit einer zunehmend größeren Zugkraft beaufschlagbar ist, bis eine Lageänderung des Dichtprofils erfassbar ist. Die in diesem Zeitpunkt aufgebrachte Zugkraft charakterisiert demzufolge den Kraftbetrag, bei dem das Dichtprofil hinsichtlich seiner Funktion erstmals versagt und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Versagens-Zugkraft bezeichnet. Bei jedem höheren Betrag als dem der Versagens-Zugkraft kann das Dichtprofil seine Funktion nicht mehr erfüllen. Die mit der Versuchsanordnung ermittelte Versagens-Zugkraft kann nachfolgend für Untersuchungen verwendet werden, indem im Bestand eingebaute Kompressionsdichtprofile durch eine Zugkraftprüfung dahingehend untersucht werden, ob die aktuelle Rückstellspannung bzw. Rückstellkraft des Profils in der Fuge eine bestimmte Grenzkraft unterschreitet, was dann auf eine Undichtigkeit oder eine Funktionsuntüchtigkeit hindeutet. Hierfür wird auf das eingebaute Kompressionsdichtprofil eine zumindest geringfügig kleinere Zugkraft als die Versagens-Zugkraft aufgebracht. Sofern dabei keine signifikante Lageänderung des Kompressionsdichtprofils auftritt, ist davon auszugehen, dass die aktuell im Einbauzustand vorhandene Rückstellkraft des Kompressionsdichtprofils in der Fuge für eine weitere Nutzungsperiode eine ausreichende Funktionsfähigkeit gewährleistet. Demzufolge ist ein Austausch des untersuchten Kompressionsdichtprofils nicht notwendig.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Betonfertigteile jeweils ein Gewicht von etwa 500 kg aufweisen. Ein derartiges Gewicht gewährleistet einen optimalen Kompromiss zwischen den für die Genauigkeit des Versuches wesentlichen Aspekten Stabilität und Handhabung. Denn somit ist das Betonfertigteil ausreichend schwer, um während des Versuches eine dauerhaft lagefixierte Position einzuhalten. Gleichzeitig kann das Betonfertigteil noch mit akzeptablem Geräteaufwand bewegt werden, so dass eine hohe Messgenauigkeit und gute Justierbarkeit erreicht werden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Spannvorrichtung aus Zuggurten besteht. Dadurch wird ein gutes Handling für die Versuchsdurchführung ermöglicht und gleichzeitig wird eine optimale Kraftbeanspruchung der Betonfertigteile erzielt.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Abstandshalter verschiedene Abmessungen zur Ausbildung von unterschiedlichen Simulationsfugenbreiten in einer Staffelung von jeweils 0,50 mm aufweisen. Mit einer derartigen Staffelung wird eine gute Anpassung an die am Markt bekannten Kompressionsdichtprofile erreicht, so dass die Versuchsanordnung für eine Vielzahl verschiedenartiger Profile geeignet ist.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die von den Abstandshaltern definierte Simulationsfugenbreite mit einem digitalen Messschieber überprüfbar ist und durch den Einschlag von Hartholzkeilen auf 0,10 mm genau endjustierbar ist. Somit wird unabhängig von der Geometrie des konkret zu untersuchenden Kompressionsdichtprofils eine sehr genaue Positionierung desselben in der Versuchsanordnung erreicht.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in den exakt eingestellten Simulationsfugenspalt mehrere separate Einzelprüflängen des Dichtprofils einstemmbar sind. Somit können mit nur einem Versuch gleichzeitig mehrere Segmente eines gleichartigen Kompressionsdichtprofils untersucht werden. Dadurch kann in einfacher Weise ein repräsentativer Mittelwert für die Versagens-Zugkraft ermittelt werden, wofür ansonsten die Durchführung von mehreren Versuchen nacheinander notwendig wäre. Dies ist ein wesentlicher Zeit- und Kostenvorteil.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in das Dichtprofil - bzw. bei gleichzeitiger Prüfung von mehreren Segmenten in jede separate Einzelprüflänge des Dichtprofils - ein Gipskarton-Metalldübel einschraubbar ist, in dem jeweils ein Metallhaken eindrehbar ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass der im Gipskarton-Metalldübel eindrehbare Metallhaken mit der Baueinheit zum Aufbringen einer Zugkraft in Wirkverbindung bringbar ist. Mit diesen Ausgestaltungen wird eine einfach zu handhabende und dennoch aussagekräftige Durchführung des Auszugsversuches ermöglicht, weil über die am Metallhaken aufgebrachte Zugkraft die Versagens-Zugkraft bestimmt werden kann.
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Die Versuchsanordnung ist demzufolge zur Ermittlung der für die Funktionsfähigkeit eines in einer Raumfuge eines Stahlbetonbauwerkes eingebauten Kompressionsdichtprofils maximal aufnehmbaren Zugkraft geeignet. Dabei kann ein Kompressionsdichtprofil im Bestand durch eine Beanspruchung der mit der Versuchsanordnung ermittelten Versagens-Zugkraft dahingehend untersucht werden, ob die aktuell im Einbauzustand vorhandene Rückstellkraft des Kompressionsdichtprofils in der Raumfuge für die Funktionsfähigkeit ausreichend ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen in jeweils stilisierter Darstellung:
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine Hochwasserschutzwand mit einer Raumfuge
- 2 den grundsätzlichen Aufbau der Versuchsanordnung in perspektivischer Ansicht
- 3 die Versuchsanordnung im Querschnitt zur Einstellung der Simulationsfugenbreite
- 4 die Versuchsanordnung im Querschnitt zur Zugkraftmessung
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Zur Verhinderung von Rissen aus Zwangsbeanspruchungen in Stahlbetonbauwerken, z.B. infolge Schwinden des Betons und/oder Temperaturdehnungen, sind in Betonbauwerken Raumfugen auszubilden, welche das rissgefährdete Gesamtbauwerk in rissungefährdete Einzelabschnitte teilen. Zur Gewährleistung der Bauwerksfunktion sind diese konstruktiv erforderlichen Raumfugen mit geeigneten Fugendichtkonstruktionen zu schließen. Für den Bereich des konstruktiven Ingenieurbaus, insbesondere im Wasserbau, kommen diese sog. Raumfugen vor allem bei Hochwasserschutzwänden zur Ausführung, um lange Stahlbetonlinienbauwerke in Einzelblocklängen von etwa sechs Metern zu unterteilen. Gemäß den für den Wasserbau relevanten Einbaurichtlinien sind für derartige Raumfugen zwei Dichtungsebenen vorzusehen. Eine Dichtungsebene ist mit einem innenliegenden Fugenband zu realisieren. Die zweite Dichtungsebene wird bei Hochwasserschutzwänden üblicherweise mit einem umlaufenden Kompressionsdichtprofil ausgeführt. Dabei wird das Kompressionsdichtprofil in den Fugenspalt eingestemmt.
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Aus 1 ist eine diesbezügliche Ausführung ersichtlich. Zwischen zwei benachbarten Einzelblocklängen 1 und 2 einer Hochwasserschutzwand ist eine Raumfuge 3 ausgestaltet. In dieser Raumfuge 3 sind zwei Dichtebenen ausgeführt, wobei die innere Dichtebene durch ein innenliegendes Fugenband 4 und die äußere Dichtebene durch ein in die Raumfuge 3 eingestemmtes Kompressionsdichtprofil 5 gebildet wird. Zwischen dem innenliegenden Fugenband 4 und dem außenliegenden Kompressionsdichtprofil 5 ist bei der gezeigten Ausführung eine zusätzliche Fugeneinlage 6 in der Raumfuge 3 angeordnet, welche jedoch nur für die Betonnage der Einzelwandblöcke eine konstruktive Trenn- und Bewegungsaufnahmefunktion hat.
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In der Praxis wurden bei derart eingebauten Kompressionsdichtprofilen 5 in Betonbauwerken jedoch vereinzelt Schadensfälle festgestellt, bei denen sich die Profillagen des jeweiligen Kompressionsdichtprofils 5 in subjektiver Bewertung als locker bzw. minderfest bis hin zur nahezu losen Dichtprofillage im Spalt der Raumfuge 3 darstellen. Damit anstelle der primär subjektiven Bewertung eine objektive und statistisch begründete Bewertung möglich wird, ist es an sich naheliegend, für solche Bewertungen die oben erläuterte Versagens-Zugkraft zu berücksichtigen. Hierfür ist die erfindungsgemäße Versuchsanordnung konzipiert worden.
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2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Versuchsanordnung in perspektivischer Ansicht. Demzufolge weist die Versuchsanordnung zwei Betonfertigteile 7 und 8, mehrere Abstandshalter 9, eine Spannvorrichtung 10 und eine Baueinheit 11 (4) zum Aufbringen und Messen einer Zugkraft auf. Für eine gute Handhabung beim Versuch ist es zweckmäßig, dass die Betonfertigteile 7, 8 vorzugsweise ein Gewicht von jeweils etwa 500 kg aufweisen und auf mindestens zwei Lagerhölzern 12 abgestützt werden. Diese Lagerhölzer 12 verlaufen vorzugsweise annähernd rechtwinklig zur Längsrichtung der Betonfertigteile 7 und 8.
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Die auf den Lagerhölzern 12 liegenden Betonfertigteile 7, 8 können mit den Abstandshaltern 9 und der Spannvorrichtung 10 zueinander parallel und mit Abstand zueinander angeordnet werden. Für die Abstandshalter 9 sind verschiedene Ausführungen mit Abmessungen in einer Staffelung von 0,50 mm vorteilhaft. Die Spannvorrichtung 10 besteht vorzugsweise aus mehreren Zuggurten. Die somit erreichte Relativposition der Bauteile zueinander ist insbesondere aus 3 ersichtlich. Der zwischen den Betonfertigteilen 7 und 8 verbleibende Abstand entspricht funktionell der am eigentlichen Bauwerk / Hochwasserschutzwand vorhandenen Raumfuge 3, so dass dieser Abstand im Versuch die Simulationsfugenbreite darstellt und in der Zeichnung mit demselben Bezugszeichen 3 bezeichnet wird wie die Raumfuge 3. Durch die Ausführung der Abstandshalter 9 können unterschiedliche Breiten der Simulationsfuge 3 in einer Staffelung von jeweils 0,50 mm ausgebildet werden. Die von den Abstandshaltern 9 definierte Simulationsfugenbreite kann vorzugsweise mit einem digitalen Messschieber (nicht dargestellt) überprüft und durch das Einschlagen von Hartholzkeilen (nicht dargestellt) auf 0,10 mm genau endjustiert werden.
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In den als Simulationsfuge 3 wirksamen Abstand wird ein Kompressionsdichtprofil 5 eingestemmt, das einen Profildurchmesser aufweist, der mit der Breite der Simulationsfuge 3 korrespondiert. Danach wird das Kompressionsdichtprofil 5 mittels der Baueinheit 11 zum Aufbringen einer Zugkraft beaufschlagt. Diese Wirkverbindung ist insbesondere aus 4 ersichtlich. In einer bevorzugten Variante werden anstelle von einem Kompressionsdichtprofil 5 mehrere separate Einzelprüflängen des Kompressionsdichtprofils 5 in der Simulationsfuge 3 eingestemmt. Eine derartige Variante mit vier separaten Einzelprüflängen ist aus 2 ersichtlich, wobei wegen der besseren Erkennbarkeit nur eine dieser Einzelprüflängen mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist.
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Zum Bestimmen der Auszugskraft als Referenzwert für die Versagens-Zugkraft wird in das eingestemmte Kompressionsdichtprofil 5 bzw. in jede Einzelprüflänge ein Gipskarton-Metalldübel 13 (z.B. 14,5 x 33,0 mm) mittig eingeschraubt. In jeden dieser Gipskarton-Metalldübel 13 kann jeweils ein Metallhaken 14 (z.B. 4,8 x 65,0 mm) eingedreht werden. Diese Wirkverbindung ist insbesondere aus 4 ersichtlich, in der die Richtung der aufgebrachten Zugkraft mit einem Pfeil stilisiert ist.
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Mit der funktionell als Zugkraftmessgerät wirkenden Baueinheit 11 zum Aufbringen einer Zugkraft wird dann die Zugkraft bestimmt, die zur Überschreitung der Rückhaltekraft und somit zum Herausziehen des eingestemmten Kompressionsdichtprofils 5 aus der Simulationsfuge 3 führt. Dieser Wert der Auszugskraft stellt dabei den Höchstwert dar, der beim Herausziehen aufgebracht werden konnte und ist somit als die Versagens-Zugkraft zu bewerten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Einzelblocklänge einer Hochwasserschutzwand
- 2
- zweite Einzelblocklänge einer Hochwasserschutzwand
- 3
- Raumfuge / Simulationsfugenbreite
- 4
- Fugenband / innere Dichtebene
- 5
- Kompressionsdichtprofil / äußere Dichtebene
- 6
- Fugeneinlage
- 7
- erstes Betonfertigteil
- 8
- zweites Betonfertigteil
- 9
- Abstandshalter
- 10
- Spannvorrichtung
- 11
- Baueinheit zum Aufbringen einer Zugkraft / Zugkraftmessgerät
- 12
- Lagerhölzer
- 13
- Gipskarton-Metalldübel
- 14
- Metallhaken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19642136 A1 [0003]
- DE 10154747 A1 [0004]
- DE 102013110928 B4 [0007]
