Spannungsrisskorrosion

Viele Brücken, die einen wichtigen Teil unserer modernen Infrastruktur bilden, wurden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gebaut. In dieser Zeit befand sich die noch junge Bauweise in einer rasanten Entwicklung, so dass die fehlenden Erfahrungen und Regelwerke zu vielfältigen Defiziten führten. Ein besonderes Problem ist die hohe Empfindlichkeit bestimmter älterer Spannstähle (Sigma-, Neptun- oder Hennigsdorfer-Spannstahl) gegenüber Spannungsrisskorrosion.  Infolge dieses Schädigungsprozesses ist ein plötzliches Versagen des Bauwerks ohne sichtbare Vorankündigung möglich. Der Teileinsturz der Carolabrücke verdeutlichte die Aktualität dieser Problematik auf dramatische Weise. In der Aufarbeitung der Schadensursache wurden signifikante Schädigungen an den Spannstählen festgestellt, die eindeutig auf Spannungsrisskorrosion zurückzuführen waren.

Zur Bewertung gefährdeter Bauwerke im Straßen- und Eisenbahnbrückenbau existieren jeweils spezifische Richtlinien. In ihnen wird eine ähnliche Vorgehensweise beschrieben, welche eine rechnerische Untersuchung des Ankündigungsverhaltens, eine bauwerksdiagnostische Beprobung bzw. eine messtechnische Dauerüberwachung umfasst. In all diesen Feldern – von der konventionellen Bauwerksprüfung nach DIN 1076 bis hin zu innovativen Lösungsansätzen wie dem Schallemissionsmonitoring und der faseroptischen Messung – verfügen wir über umfangreiche Erfahrungen, die wir bei der Bewertung im Einzelfall einbringen. Für unsere Auftraggeber können wir somit ein individuelles, auf das Bauwerk abgestimmtes Vorgehen entwickeln, in zeitkritischen Situationen durch die Vernetzung unserer Kompetenzen zielstrebig agieren und die technisch beste Lösung anbieten.

Die rechnerische Untersuchung ist ein erster Schritt in der gesamthaften Bewertung eines Tragwerks. Hierbei wird die Wahrscheinlichkeit eines Versagens ohne Vorankündigung untersucht. Die Grundlage hierfür bildet die Bestimmung der Schnittgrößen für verschiedene Einwirkungskombinationen an globalen numerischen Modellen. Dazu werden bauwerksspezifische Einwirkungen und Materialkennwerte verwendet. Die Rechnerische Untersuchung des Ankündigungsverhaltens ist dabei nicht mit einem klassischen Nachweisverfahren gleichzusetzen. Das Ergebnis ist Bestandteil einer ingenieurmäßigen Gesamtbeurteilung des Bauwerkszustands und dessen Gefährdung. Neuste Erkenntnisse zur Schädigungsverteilung infolge Spannungsrisskorrosion zeigen, dass die Voraussetzungen für einige Nachweise in der Realität nur bedingt erfüllt sind. Aus zahlreichen Projekten gewonnene Erfahrungen wie diese fließen in unsere Bewertung der Ergebnisse der rechnerischen Untersuchung ein.

Ein weiterer wichtiger Baustein für die Bewertung einer akuten Spannungsrisskorrosion ist die Öffnung von Spanngliedern sowie die Entnahme und Untersuchung von Materialproben. Ziel dieser Untersuchungen ist die Feststellung möglicher Anrisse sowie einer Versprödung des Spannstahls infolge von Spannungsrisskorrosion.  Der Zustand und die Zusammensetzung des Verpressmörtels werden hierbei ebenfalls untersucht. Die Ergebnisse der Spannstahluntersuchung ermöglichen eine Feststellung und Bewertung der tatsächlichen Schädigung des Bauwerks und bilden so die Grundlage für weitere Entscheidungen zum Umgang mit potenziell gefährdeten Bauwerken.

Untersuchungen infolge des Teileinsturzes der Carolabrücke haben gezeigt, dass es zu Schädigungskonzentrationen in den Stützbereichen (Spanngliedhochpunkten) kommt. Diese Bereiche werden daher aktuell entgegen allen Bedenken hinsichtlich der Abdichtung und der Verkehrseinschränkungen verstärkt untersucht.

Bei der Erbringung dieser Leistungen greifen wir auf unsere Erfahrungen aus dem Bereich des Bauens im Bestand und der Anwendung moderner Verfahren wie dem Georadar zur zerstörungsfreien Ortung der Spannglieder zurück. Bauteilöffnungen können auf diese Weise gezielt und mit möglichst geringem Eingriff ins Bauwerk hergestellt werden.

Bei Bauwerken mit Ankündigungsverhalten kann grundsätzlich eine regelkonforme Überwachung mittels klassischer Bauwerksprüfung erfolgen. In vielen Fällen ist das Ankündigungsverhalten jedoch aufgrund von Beschichtungssystemen, eingeschränkter Zugänglichkeit in Anlagen der DB AG oder wegen unmöglicher Einsehbarkeit über den Stützen nicht nachweisbar. In diesen Fällen können messtechnische Methoden zur Kompensation des fehlenden Ankündigungsverhaltens herangezogen werden .

Zur Detektion von Rissbildung oder untypischen Rissbreitenänderungen bietet die faseroptische Messung großes Potential. Dieses Verfahren wurde bereits bei zahlreichen Projekten im Kontext der Spannungsrisskorrosion erfolgreich eingesetzt. Auch bei bestehendem Rissbild, z.B. infolge einer überlagerten materialbedingten Ursache wie Treibmineralbildung, wird durch diese Messung eine objektive Bewertungsgrundlage geschaffen.

Bei Bauwerken ohne Ankündigungsverhalten hat sich das Schallemissionsmonitoring als bewährtes Messverfahren etabliert. Die akustischen Emissionen, die bei Drahtbrüchen entstehen, werden im Bauwerk transportiert und können über weite Strecken hinweg durch Sensoren detektiert und lokalisiert werden. Anhand einer umfassenden Datenbank mit Referenzereignissen verschiedener Bauwerke und experimenteller Untersuchungen erfolgt eine zuverlässige Klassifizierung potenzieller Drahtbruchereignisse. Schädigungsorte lassen sich eindeutig lokalisieren und die tatsächliche Aktivität des Schädigungsprozesses kann bewertet werden. Mit diesen Erkenntnissen ergibt sich für den Bauherrn der Vorteil, dass das vom Bauwerk ausgehende Gefährdungspotenzial real bewertet und damit eine faktenbasierte Entscheidung getroffen werden kann. In diesem Zusammenhang erstellt MKP Eskalations- und Alarmpläne mit quantitativen Grenzwerten, die einen transparenten Umgang in kritischen Situationen regeln. Hierfür werden die Ergebnisse aus verschiedenen Untersuchungen zusammengeführt.

Bei der Konzeption und Umsetzung von Monitoringaufgaben greifen wir auf unsere umfassenden Erfahrungen aus verschiedenen Monitoringprojekten zurück. Unseren Anspruch an eine hohe Datenqualität sichern wir durch interne Prozesse und Plausibilisierung der Messwerte ab. Der Bauherr erhält eine fokussierte und belastbare Bewertung.

Drahtbrüche können an den Tragseilen von Schrägkabel- Hängebrücken oder Windenergieanlagen gleichermaßen, wie an den Spanngliedern von Spannbetonbrücken auftreten. Die Ursachen hierfür können vielfältig sein. Neben der Spannungsrisskorrosion lassen sich Brüche auch auf Ermüdung zurückführen. Für diese Tragwerkstypen ist das Schallemissionsmonitoring ebenfalls hervorragend geeignet und liefert dem Bauherrn wertvolle Informationen zur gezielten Planung von Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen.