Tragwiderstand und Verformungsvermögen von Winkelstützmauern bei lokaler Korrosion der Bewehrung

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: AGB2015/028
• Projekttitel Englisch: Ultimate load and deformation capacity of cantilever retaining walls affected by local corrosion of the reinforcement

Schlüsselwörter (Deutsch)

Stützmauern, Korrosion, Tragsicherheit, Verformungsvermögen, Grossversuche, Tragsicherheitsbeurteilung

Schlüsselwörter (Englisch)

retaining walls, corrosion, ultimate load, deformation capacity, large scale experiments, structural safety evaluation

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Rahmen eines in den letzten Jahren durchgeführten Pilotprojekts zur Zustandserfassung und Erhaltung von Winkelstützmauern wurde bei vielen Bauwerken eine stark lokalisierte Korrosion der Hauptbewehrung im Bereich der Betonierfuge Fundament-Wand festgestellt. Da mit einer solchen Schädigung ein relativ sprödes Versagen durch Reissen der korrodierten Bewehrung einhergeht, unverankerte Stützmauern aber in der Regel für aktiven Erddruck bemessen wurden – was ausreichende Verformungen im Bruchzustand voraussetzt – besteht heute eine grosse Unsicherheit bezüglich der Tragsicherheit solcher Bauwerke.

Aufgrund von Überlegungen zu möglichen Versagensmechanismen kann gezeigt werden, dass das Last-Verformungsverhalten im Bereich des von lokaler Korrosion betroffenen Wandfusses für die Beurteilung der Tragsicherheit von zentraler Bedeutung ist. Heute fehlt jedoch ein geeignetes Modell, mit dem dieses Verhalten zuverlässig untersucht werden könnte.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird das Verhalten von Winkelstützmauern mit lokaler Korrosion im Bereich des Wandfusses experimentell untersucht. Dazu werden einerseits Zugversuche an Bewehrungsstäben und Betonzuggliedern und andererseits Grossversuche an Stützmauerausschnitten durchgeführt. Auf Basis der Versuchsresultate wird ein mechanisch konsistentes Modell für das Last-Verformungsverhalten unter Berücksichtigung der lokalen Korrosion validiert, mit dem das Verformungsvermögen analysiert und zuverlässige Vorhersagen des Tragwiderstands gemacht werden können. Darauf aufbauend wird ein vereinfachtes, praxistaugliches Verfahren für die Beurteilung der Tragsicherheit bestehender Winkelstützmauern mit lokaler Korrosion hergeleitet.

Kurzbeschreibung (Englisch)

A recent pilot study on the condition assessment and conservation of cantilever retaining walls revealed that many of these structures exhibit severe pitting corrosion of the main reinforcement just above the construction joint between footing and wall. As such damages are related to relatively brittle failures caused by rupture of the corroded reinforcing bars, while non-anchored retaining walls were usually dimensioned for active earth pressure only – thus assuming sufficiently large deformations at the ultimate load – there is much uncertainty regarding the safety of these structures

By considering potential failure modes of retaining walls, it can be shown that the load-deformation behaviour of the wall base in the zone affected by local corrosion is decisive for a reliable assessment of the structural safety. However, no suitable models, allowing for a reliable analysis of this behaviour, are available today.

Within the framework of the research project, the behaviour of cantilever retaining walls affected by pitting corrosion of the main reinforcement at their base is investigated experimentally. To this end, tension tests on naked rebars and reinforced concrete tension chords as well as large-scale tests on retaining wall segments are carried out. Based on the test results, a mechanically consistent model for the load-deformation behaviour accounting for pitting corrosion is developed, suitable for analysing the deformation capacity and reliably predicting the ultimate load. On this basis, a simplified method, suitable for engineering practice, is developed for the assessment of the structural safety of existing cantilever retaining walls affected by pitting corrosion.

Projektziele (Deutsch)

Viele bestehende Winkelstützmauern weisen massive lokale Korrosionsschäden im Bereich des Wandfusses auf, welche den Tragwiderstand beeinträchtigen und sich bereits bei relativ geringem Korrosionsgrad äusserst nachteilig auf das Verformungsvermögen auswirken. Da zudem die Belastungen verformungsabhängig sind, können spröde Versagen durch frühzeitiges Reissen der korrodierenden Bewehrung in vielen Fällen nicht ausgeschlossen werden. Heute fehlen jedoch die Grundlagen, um dieses Verhalten zuverlässig zu analysieren.

Das Forschungsprojekt soll die Unsicherheiten hinsichtlich des Einflusses der lokalen Korrosion auf das Last-Verformungsverhalten vermindern, so dass die Tragsicherheit in Zukunft zuverlässig abgeschätzt und – wo möglich – trotz lokaler Bewehrungskorrosion aufwändige Verstärkungen vermieden werden können.

Projektziele (Englisch)

Many existing retaining walls exhibit severe pitting corrosion damage of the main reinforcement at their base. This has a negative impact on the load bearing capacity and strongly affects the deformation capacity even for relatively moderate corrosion damages. Since in addition, the loads acting on retaining walls are deformation dependent, brittle failures caused by premature rupture of the corroded reinforcing bars cannot be excluded in many situations. Today, no suitable models, allowing for a reliable analysis of this behaviour, are available.

The research project aims at reducing the uncertainties related to the effect of local corrosion on the load-deformation behaviour, such that in the future, the actual load-bearing capacity of existing retaining walls can be reliably assessed and – where possible – expensive strengthening measures shall be avoided in spite of pitting corrosion damages.

Berichtsnummer (Deutsch)

716