Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Alkali-Aggregat-Reaktion, Stützmauern, Schäden, Instandsetzung, Feldversuche, Überwachung, Monitoring
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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alkali aggregate reaction, retaining walls, damages, rehabilitation, field tests, surveillance, monitoring
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Forschungsprogramme
(Deutsch)
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Um die Projektziele zu erreichen, sind im Einzelnen folgende Arbeiten geplant:
1. Literaturrecherche: Sichten und Bewerten der vorhandenen nationalen und internationalen Erfahrungen und Kenntnisse über die Instandsetzung von AAR-geschädigten Bauteilen/Bauwerken und Evaluation der Erfolg versprechenden Instandsetzungsverfahren.
2. Erarbeiten der Grundlagen für das Monitoring (insbesondere bzgl. des Rissbildes)
3. Evaluation von zwei geeigneten Stützmauern für die Pilotversuche. Die Forschungsstelle kennt Stützmauern mit AAR-Schäden in mehreren Kantonen (z.B. Graubünden, Wallis, Waadt, Uri und Neuenburg), die für diese Untersuchungen in Frage kommen.
4. Untersuchungen zum Ausmass der AAR-Schäden (Oberfläche, Kernbeton)
5. Unterstützung des lokalen Ingenieurbüros bei der Planung und Ausschreibung der Massnahmen
6. Unterstützung und Begleitung der Durchführung der Instandsetzung
7. Installation der Komponenten für das Monitoring, Nullmessung, laufende Überwachung Auswertung und Schlussbericht.
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im Rahmen des Forschungsauftrags AGB 2001/471 wurde von der Forschungsstelle die Situation hinsichtlich der Schäden an Betonbauten infolge der Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) in der Schweiz untersucht [Merz 2006]. Die wichtigsten Ergebnisse wurden anlässlich des ASTRA/AGB - Kolloquiums am 16. Nov. 2005 in Bern vorgestellt und sind in den Bericht über das Kolloquium eingeflossen [ASTRA 2006a]. Aus dem Kolloquium wurde der Handlungs- und Forschungsbedarfs abgeleitet [ASTRA 2006b]. Im Zusammenhang mit der „Ausführung von Massnahmen“ und der „Überprüfung“ von Bauwerken (Zustandserfassung, Zustandsbeurteilung, Massnahmenempfehlung) wurde auf folgenden Forschungsbedarf hingewiesen:
a) Bewerten vorhandener Instandsetzungsmassnahmen und Prüfung der Wirksamkeit
b) Entwicklung neuer Instandsetzungsmassnahmen und Prüfung der Wirksamkeit
c) Monitoring der Zustandsentwicklung.
Hinsichtlich der AAR-Schäden an Mauern aller Art (z.B. verankerte und nicht verankerte Stützmauern, Flügelmauern bei Brücken, Tunneleingängen und Unterführungen, frei stehende Mauern) ist in [Merz 2006] festgehalten, dass Mauern mit einem Anteil von 44% die am häufigsten von AAR betroffenen Bauwerke/Bauteile in der Schweiz darstellen.
Die Instandsetzung von Mauern stellt eine besondere Herausforderung dar, da diese häufig von der (nicht zugänglichen) Rückseite her durchfeuchtet werden und es schwierig ist, den schädlichen und unerwünschten Wassereintrag mit einfachen Mitteln zu unterbinden. Im Gegensatz dazu können andere Bauteile und Bauwerke (z.B. Brücken, Stützen) eher mit konventionellen Verfahren instand gesetzt werden.Mit dem vorliegenden Projekt soll der oben aufgeführte Forschungsbedarf mit Untersuchungen an Stützmauern, d.h. an jenen Bauteilen, die in der Schweiz sehr häufig vorkommen und anzahlmässig (eventuell auch anteilmässig) die meisten AAR-Schäden aufweisen und vergleichsweise schwierig instand zusetzen sind, abgedeckt werden. Es sollen Massnahmen zur wirtschaftlichen Instandsetzung und Möglichkeiten zur Erfolgskontrolle und Überwachung der Wirksamkeit einer ausgeführten Instandsetzung identifiziert werden
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Within the framework of the research contract AGB 2001/471 the situation in respect to the damages on concrete structures due to the alkali aggregate reaction (AAR) in Switzerland has been investigated by the applicant [Merz 2006]. The main results have been presented during the colloquium, organised by the working group ASTRA/AGB, on November 16, 2005, in Berne and are included in the report about this colloquium [ASTRA 2006a]. From this colloquium the needs for actions and research have been deduced [ASTRA 2006b]. In connection with the “execution of measures” and the “examination” of structures (condition survey, condition evaluation, recommendation of remedial measures) the following research topics have been identified:
a) Evaluate the existing remedial measures and test their efficiency
b) Develop new repair techniques and test their efficiency
c) Monitoring of the development of the condition.
In respect to the AAR damages on walls of all types (e.g. anchored and non anchored retaining walls, side walls of bridges abutments, entrance areas of tunnels and underpasses, freestanding walls) it has been pointed out in [Merz 2006], that in Switzerland walls are the most frequently damaged structures/components with a portion of 44%.
The rehabilitation of walls represents a special challenge, since they are often soaked by water coming from the (not accessible) backside and because it is difficult to stop this harmful and unwanted water ingress by simple means. In contrast to this, other components and structures (e.g. bridges, columns) might easier be repaired with conventional techniques. With this proposed project the above mentioned needs of research should be covered by the investigations on retaining walls, i.e. on those components, which are very widespread in Switzerland and which are the most frequently damaged by AAR in respect to the absolute number (eventually as well in respect to the portion) and which are comparably more difficult to repair. Measures for the economical rehabilitation and techniques for the examination of the success and for the monitoring of the efficiency should be identified
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Mit diesem Projekt sollen die Möglichkeiten der Instandsetzung von AAR-geschädigten Stützmauern untersucht und bewertet werden.
· Die vorhandenen nationalen und internationalen Erfahrungen und Kenntnisse über die Instandsetzung von Betonbauten sollen gesichtet und bewertet werden. Basierend auf dieser Auswertung sollen zwei bis maximal drei praxistaugliche Instandsetzungsmassnahmen ausgewählt und an ausgewählten Stützmauern mit unterschiedlichem Schadensausmass im Rahmen von Pilotprojekten versuchsweise angewendet werden. Die Variante mit der Applikation eines Oberflächenschutzes auf der Vorderseite und der Vergelung der Rückseite soll sicher studiert werden. Als Referenz dient jeweils eine unbehandelte Fläche der gleichen Stützmauer. Bei der Vergelung der Rückseite von Mauern sind die Auswirkungen (z.B. Wasserstau auf der Rückseite) zu untersuchen und, falls nötig, Gegenmassnahmen zu treffen (z.B. Wasser fassen und ableiten über entsprechend angeordnete Drainagen/Bohrungen).
· Die Wirkung bzw. der Erfolg der Instandsetzungsmassnahmen (verlangsamte oder gestoppte Schadensentwicklung und damit Verlängerung der Nutzungsdauer) soll mit einem geeigneten Monitoring des Bauwerks nachgewiesen werden, insbesondere soll die weitere Entwicklung der Ausdehnung und des Rissbildes (z.B. Rissbreite an der Oberfläche, evtl. mit zerstörungsfreien Prüfmethoden) sowie der Betonfeuchtigkeit ermittelt werden. Während für das Monitoring der Betonfeuchtigkeit schon viele Erfahrungen vorliegen, sind für das Monitoring des Rissbildes zunächst die Grundlagen zu erarbeiten, d.h. Messmethoden, Messparameter (z.B. Rissbreiten, Gefügeschäden, E-Modul-Abfall), Messhäufigkeit, Datenerfassung, Auswertung etc..
Es wird davon ausgegangen, dass die Kosten für Planung, Ausschreibung und Bauleitung (Aufwand des lokalen Ingenieurbüros) und Ausführung der Massnahmen (bauliche Massnahmen, Aufwand der Bauunternehmen, etc.) objektspezifisch finanziert werden können. Es kann erwartet werden, dass aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen auch Hinweise für wirtschaftliche und dauerhafte Schutzmassnahmen bei neuen Bauten hervorgehen
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Methoden
(Deutsch)
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Zur Charakterisierung des Zustandes von AAR-geschädigten Bauten werden Messungen vor Ort und Laboruntersuchungen durchgeführt.
Für die Instandsetzung von AAR-geschädigten Bauten gibt es grundsätzlich eine ganze Reihe von Massnahmen. Die zweckmässigsten Verfahren sollen im Rahmen von Pilotprojekten (Feldversuchen) angewendet, geprüft und beurteilt werden. Für das Monitoring von AAR-geschädigten Bauten, insbesondere für die zeitliche Entwicklung der Dehnung und der Rissbreite, sollen geeignete Sensoren evaluiert werden. Für die kontinuierliche Datenerfassung soll das System der Schweizerischen Gesellschaft für Korrosionsschutz, das diese für die Erfassung von korrosionstechnischen Parametern entwickelt hat, angepasst und eingesetzt werden
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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Für die Überwachung bzw. für das Monitoring sind spezielle Sensoren für die Ermittlung der Dehnung über grössere Strecken sowie für die zeitliche Entwicklung der Rissbreiten notwendig
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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Weltweit gibt es weder einen Konsens noch Normen zur Instandsetzung von Betonbauten mit unterschiedlichem Ausmass an AAR-Schäden. Es gelangen u.a. Verfahren wie bei der Instandsetzung von korrosionsbedingten Schäden zum Einsatz, wie z.B. Aufbringen eines Oberflächenschutzsystems (Reduktion der Betonfeuchtigkeit), Betonabtrag und Reprofilierung, Verstärkung (z.B. mit Klebebewehrung oder Vorspannelementen), Verschliessen von Rissen und Ersatz ganzer Bauteile oder sogar Bauwerke. Daneben laufen auch Untersuchungen mit Lithiumsalzen (Einbringen, Wirkung).
Die Forschungsstelle hatte Gelegenheit, im Rahmen des Forschungsauftrags AGB 2001/471 [Merz 2006] die Situation hinsichtlich der AAR-Schäden an Betonbauten in der Schweiz zu untersuchen. Damit verbunden waren Felduntersuchungen an einzelnen Bauwerken sowie Laboruntersuchungen zu den Betoneigenschaften und zur Prognose der weiteren Ausdehnung des Betons.
Im Auftrag einzelner Kantone sowie anderer Auftraggeber (z.B. SBB) wurden für einzelne Fälle detaillierte Abklärungen für die Instandsetzung von Betonbauten durchgeführt und entsprechende Konzepte entwickelt. Langzeiterfahrungen oder Ergebnisse eines aussagekräftigen Monitorings sind aber zurzeit nicht vorhanden. Auch aus dem Ausland liegen dazu ebenfalls nur einzelne Berichte vor.
Im Rahmen eines anderen Projektes, das die Forschungsstelle wissenschaftlich begleitet, sind Pilotversuche zur Abdichtung von Fugen mittels Vergelung in Arbeit [AGB2004/003]. Diese Technik könnte auch für das Trockenlegen der Rückseiten von Stützmauern eingesetzt werden. Gemäss unserem Kenntnisstand ist diese Technik Erfolg versprechend, wurde aber bis anhin noch nicht mit dieser Zielsetzung angewendet und erprobt. Andere in Frage kommende Möglichkeiten sind weit aufwändiger (z.B. Freilegen und Beschichten der Rückseite).
Bezüglich des Monitorings hat die Forschungsstelle in Zusammenhang mit der Überwachung von korrosionsgeschädigten Bauten viele Erfahrungen sammeln können [Ungricht 2004, Schiegg 2002]. Wie bei der Korrosion hat die Betonfeuchtigkeit auch bei der AAR eine ganz entscheidende Bedeutung.
Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten:
· Die Anzahl der Bauwerke, die in der Schweiz gezielt wegen der AAR Instand gesetzt wurden bzw. werden mussten, war bis anhin relativ gering. Es ist aber anzunehmen, dass die Anzahl in den nächsten Jahren deutlich ansteigt. Es ist anzunehmen, dass in der Vergangenheit viele AAR-Schäden falsch diagnostiziert wurden und deshalb wie ein herkömmlicher Schaden Instand gesetzt wurden.
· Zurzeit gibt es für die Instandsetzung von AAR-geschädigten Bauwerken keine etablierten Instandsetzungsverfahren und daher auch keine international anerkannte Normen oder Richtlinien. Es wird immer von Fall zu Fall entschieden. Ein aussagekräftiges Monitoring wurde in der Schweiz bisher bei AAR-geschädigten Bauwerken des National- oder Kantonsstrassennetzes noch nie installiert. Aus dem Ausland liegen einige wenige Ergebnisse und Erkenntnisse von Messungen an einzelnen Objekten vor (z.B. [Baillemont 2000, Bakker 2004, Delaby 2004, Durand 2000, Jensen 2004]). Konkrete und eindeutige Nachweise über den nachhaltigen Erfolg von einzelnen Instandsetzungen gibt es aber nicht (Staumauern werden hier nicht betrachtet).
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Projektziele
(Deutsch)
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Im Rahmen des Projektes sollen die Möglichkeiten der Instandsetzung von AAR-geschädigten Stützmauern untersucht und bewertet werden. Um dies zu erreichen, sollen folgende Teilprojekte bearbeitet werden:
· Evaluation von zwei bis drei praxistauglichen Instandsetzungsmassnahmen
· Anwendung der Erfolg versprechenden Massnahmen im Rahmen von Pilotprojekten (Feldversuche) an ausgewählten Stützmauern mit unterschiedlichem Schadensausmass
· Überprüfung der Wirkung bzw. des Erfolgs der Instandsetzungsmassnahmen mit einem dafür geeigneten Monitoring des Bauwerks. Die Ergebnisse sollten erlauben, Empfehlungen für die Instandsetzung bestehender Stützmauern mit AAR-Schäden zu erarbeiten.
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Projektziele
(Englisch)
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The scope of this project is to investigate and to assess the possible techniques for the rehabilitation of AAR damaged retaining walls. To reach these goals the following sub-project should be treated:
· Evaluation of two to three practically applicable repair techniques
· Application of the most promising measures within the framework of pilot projects (field test) on selected retaining walls with different levels of damages
· Verification of the effect and success, respectively, of the repair measures with an appropriate monitoring of the structure. The results should allow elaborating recommendations for the repair of existing retaining walls damaged by AAR.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Aus den Ergebnissen des Projektes sollten Empfehlungen für die Instandsetzung bestehender Stützmauern mit AAR-Schäden sowie Hinweise für die Instrumentierung zur Erfassung der zeitlichen Entwicklung von AAR-Schäden an Betonbauten abgeleitet werden können. Es kann erwartet werden, dass aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen zudem Hinweise für wirtschaftliche und dauerhafte Schutzmassnahmen bei neuen Bauten hervorgehen
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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651
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Berichtsnummer
(Englisch)
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651
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