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25.07.2019

Probebelastung an Verbundankern bei ungenügendem Verankerungsgrund

Abbildung 1: Prüfaufbau schematisch

Im Schacht des Umleitungsstollens der Talsperre Malter wurde im Frühjahr 2019 eine etwa 23 Meter in die Tiefe führende, an der Schachtwand verankerte Stahltreppe eingebaut.

Die Treppenläufe wurden leicht demontierbar in die Podeste eingehängt. Die Podeste waren einzeln an der Schachtwandung zu befestigen, da das Durchstützen bis in den Schieberkeller geometrisch bedingt nicht möglich war. Die Podeste wurden auf je drei in der Schachtwand verankerte Konsolen aufgelegt.

Der Felsausbruch wurde in der Bauzeit (1913/1914) durch eine Stampfbetonschale (t > 50 cm) egalisiert, die Festigkeiten zwischen 3 N/mm2 und 30 N/mm2 besitzt und verbreitet Kiesnester aufweist. 1996 wurde die Schachtwand durch eine 10 cm dicke vorgehängte Spritzbetonschale verkleidet, um dem Sickerwasserandrang zu begegnen. Die Spritzbetonschale ist zur Befestigung der Konsolen statisch ungeeignet. Die Konsolen waren daher auf dem Stampfbeton anzubringen und in ihm zu verankern.

Gebräuchliche und in Frage kommende Verbundankersysteme besitzen allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen durch ETA oder DIBT (abZ) für Betonfestigkeiten über 20 N/mm2. Ihr Einsatz war daher nicht ohne weiteres zulässig. Ob die zu erwartenden Versagensmechanismen mit den Nachweisen nach ETAG oder ENSO noch erfasst werden war nicht gesichert. Die Nachweise wurden dennoch geführt und waren bei Ansatz von 3 N/mm2 gerade nicht mehr zu erbringen. Zunächst war daher vorgesehen, den Altbeton durch Injektion zu vergüten. Wegen der Gefahr, dass die Leistungsfähigkeit der zwischen Stampfbeton und Spritzbetonschale befindlichen Dränageschicht beeinträchtigt wird, wurde jedoch entschieden, im unvergüteten Beton zu verankern. Die ausreichende Tragfähigkeit war durch Probebelastungen abzusichern.

Reine Zugversuche kamen nicht in Frage, weil insbesondere auch das Versagen der Lochleibung unter Querkraft als Versagensmechanismus in Frage kam. Die Beanspruchung im späteren Betrieb sollte im Versuch möglichst genau abgebildet werden.

Einer der beiden Prüfaufbauten ist in Abbildung 1 vereinfacht symbolisch dargestellt. Die Belastung wurde durch Anziehen der auf das Verankerungsseil aufgeschraubten Spannmutter gegen die Konsole aufgebracht. Zwischen Spannmutter und Konsole wurde zur Kraftmessung ein Dübelprüfgerät (HILTIDPG) zwischengeschaltet. Die Verformungsmessung erfolgte mittels Messuhr direkt auf der Konsole. Das Prüfregime wurde in Anlehnung an Pfahlprobebelastungen nach DIN 14199 eigens entwickelt, da keine adäquaten Verfahren recherchiert werden konnten. Als besonders schwierig erwies sich die Festlegung von Grenz- bzw. Versagenskriterien.

Es wurden drei Kriterien formuliert, wobei sich die nachfolgend beschriebenen als besonders brauchbar erwiesen. Demnach musste der Verformungszuwachs über die Lasthaltezeit gegen Null konvergieren. Zusätzlich musste die Verformung in den letzten 120 Sekunden der Lasthaltezeit konstant bleiben. Ausgehend von einer Vorbelastung wurde auf der ersten Laststufe die charakteristische Last, in der zweiten die Bemessungslast eingestellt. Die Abbildung 2 (siehe Seite 3) zeigt typische Last- und Verformungskurven. Der Lastabfall am Beginn der Verharrungsphase der Erstbelastung ist typisch und auf den zu überwindenden Schlupf im Versuchsaufbau zurückzuführen. Vier der 54 zu prüfenden Konsolen erfüllten das Zwei-Minuten- Kriterium in Laststufe 2 nicht. Im Ergebnis wurde entschieden, die zulässige Nutzlast der Treppe von 5 kN/ m2 (Kategorie T2 gem. DIN 1991-1-1/NA) auf 3 kN/m2 (T1) zu senken. Diese Verkehrslast ist mit der ersten Laststufe abgedeckt und erfüllt die Forderung für Treppen im üblichen Hochbau ohne schweres Gerät.

Dominik Fiedler – Dresden

Abbildung 2: Last- und Verformungskurven