Auf dass sich die Balken biegen

Betonträger für große Bauwerke sind teils so groß und schwer, dass sie sich im Labor nicht auf ihre Sicherheit prüfen lassen. Daher weiß man einerseits nicht, wie sicher sie sind und andererseits nicht, ob man sie womöglich günstiger und kleiner bauen könnte. RUB-Bauingenieure entwickeln eine Methode, große Betonteile doch im Labor zu untersuchen. Sie nutzen dabei den Symmetrieeffekt und testen nur kleine Teile einer großen Platte oder eines Balkens. Über ihre Arbeit berichtet RUBIN, das Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität Bochum, in seiner aktuellen Ausgabe.

„Durchstanzen“ führt zum Einsturz von Einkaufszentrum und Parkhaus

Wenn Bauingenieure von Durchstanzen sprechen, meinen sie damit nicht etwa ein Blatt Papier, sondern (zu) große punktuelle Lasten, die über Stützen auf eine Beton- oder Fundamentplatte einwirken und sie zerstören. Das kann zum Einsturz ganzer Bauwerke führen, wie zum Beispiel 1997 eines Parkhauses in England und 1995 eines koreanischen Einkaufszentrums. Das Durchstanzen ist besonders tückisch, weil es sich häufig nicht ankündigt. Ingenieure sprechen von „sprödem“, also schlagartigem Versagen. Solche Fälle im Labor zu untersuchen, ist für große Bauteile unmöglich; man behilft sich mit groben Schätzungen und dimensioniert die Teile vorsichtshalber (zu) groß.

Doppelte Größe heißt nicht doppelte Tragkraft

Bauingenieure um Karsten Winkler haben sich nun daran gemacht, von Tests an Teilen großer Betonteile auf die Tragfähigkeit des gesamten Teils zurückzuschließen. Dabei gibt es verschiedene Schwierigkeiten, denn doppelte Größe verdoppelt eben nicht die Tragkraft. „Das liegt am Größenordnungseffekt, den schon Galileo Galilei anhand von Knochen verschieden großer Tiere beschrieben hat“, erklärt der Forscher. Er und sein Team setzen daher auf den Symmetrieeffekt: „Wir wollen zeigen, dass es genügt, die Tragkraft eines Viertels einer runden Betonplatte zu prüfen, um auf die des ganzen Teils schließen zu können“, beschreibt er die Idee.

Ganze und halbe Balken brechen

Dazu arbeiten die Wissenschaftler mit ganzen und halbierten Betonbalken sowie geviertelten runden Platten, die sie kontrolliert belasten bis zum Bruch. Im Falle der Teilstücke werden die stählernen Bewehrungsstangen mit einer trickreichen Konstruktion so befestigt, dass sich das halbierte oder geviertelte Bauteil genauso durchbiegen kann als wäre es ganz. Per Fotoaufnahmen und vielen Sensoren beobachten die Forscher genau, was im Bauteil während der Belastung passiert bis es bricht. Ergebnis: „Es sieht sehr gut aus – man kann an den Messergebnissen erkennen, dass man mit dem neuen Versuchsstand tatsächlich vom halben auf das ganze Bauteil schließen kann“, so Karsten Winkler.